2004年， 任中国科学院研究生院讲座教授。

2006年，入选国家“百千万人才工程”；11月， 在澳大利亚CSIRO作高级访问学者。

2007年1月，在美国Indiana大学作高级访问学者。

2008年4月、8月，在澳大利亚CSIRO作高级访问学者。

2009年2月，在澳大利亚CSIRO作高级访问学者。

2010年，当选英国皇家气象学会会士。

2011年1月，在澳大利亚CSIRO作高级访问学者。

2013年，入选国家“万人计划”领军人才。

2014年6月，任北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院教授、博士生导师。

2015年，当选国际大地测量与地球物理学联合会会士。

2019年2月，入职中国海洋大学。

2020年12月，任中国海洋大学未来海洋学院院长、深海圈层与地球系统前沿科学中心主任委员会副主任。

李建平一直从事气候学基础理论与应用研究。主要研究方向为气候动力学与可预报性、东亚季风动力学及其预测等，在这些领域取得了具有国际影响的系统性创新成果，并成功用于业务预测。在气候动力学和可预报性方面，他建立了非定常外强迫下气候的全局分析理论；创建了定量度量可预报性期限的非线性局部李雅普诺夫指数(NLLE)及其向量谱(NLLVs)理论、可预报性期限归因的条件非线性局部李雅普诺夫指数(CNLLE)方法；提出了最优数值积分的逐步调整法。在东亚季风变化机理和预测方面，从中高低纬相互作用和海—陆—气相互作用动力学角度，系统揭示了环状模与热带协同影响中国气候的机理；系统建立了非均匀基流行星波传播新理论，提出扰动位能新理论并应用于季风与海气相互作用研究；提出了有物理基础的东亚季风预测模型，成功用于业务预测，成功应用于业务预测，推动和深化了东亚季风动力学研究与业务应用。研究成果被美国国家大气海洋局、中国气象局等业务部门使用，为业务预测提供了重要参考。在海—气相互作用方面：提出了海—气耦合桥理论、年代际海—气相互作用的延迟振子理论，阐明其在全球及区域年代际变化中的作用，揭示了北大西洋多年代际振荡对热带西太海温年代际变化、亚洲气候年代际变化的影响机制，以及大西洋厄尔尼诺的热动力学调控机制。

截至2021年4月，李建平发表论文380篇，其中SCI论文260余篇。

截至2021年4月，李建平编、译著作10余部。

李建平教授执著科研，追求创新。作为中国海洋大学未来海洋学院院长，李建平教授以教书育人为己任，打破学科壁垒、交叉学科人才培养，着力造就拔尖创新人才，积极探索海洋领域交叉融合式拔尖创新国际化人才培养新范式，精心谋划、系统推进，持续打造“全球海洋公开课”。（大众日报 评）

李建平对气候动力学的发展和推动业务预测作出了重要贡献。（赵九章优秀中青年科学奖 评）