2005年11月，担任中国科学院地质与地球物理研究所研究员。

2019年11月，当选为中国科学院院士。

李献华从事同位素地质年代学和地球化学研究工作。他领导的团队在国际上首次实现了用激光ICP-MS精确测定中生代锆石U-Pb年龄以及同时测定锆石U-Pb年龄与25种微量元素。他领导的团队在离子探针微区原位同位素地球化学分析技术研发中开展了一系列开拓性工作。他们用多接收器分析技术，将离子探针锆石Pb同位素的分析精度提高5倍，突破了离子探针精确测定显生宙锆石Pb／Pb年龄的“禁区”；采用一次离子束高斯照明技术，实现了<5微米锆石U-Pb年龄的精确测定；用吹氧技术将离子探针斜锆石Pb分析灵敏度提高了7倍，同时降低了U／Pb分馏的光轴效应，在国际上首次实现了用离子探针精确测定新生代年轻斜锆石U-Pb年龄；建立了离子探针微区原位氧、锂等稳定同位素分析方法，研制出国际第一个锆石微区原位锂同位素分析标样和我国第一个锆石铪-氧同位素分析工作标样。

1989年，李献华等用高精度单颗锆石U-Pb定年方法最早在华南古生代花岗岩中发现25亿年残留锆石，证实华夏陆块存在太古代地壳物质，同时发现了古元古代Nd同位素正异常，据此提出华南前寒武纪地壳增生演化的年代框架。通过系统研究华南元古代地质和岩浆作用，提出华夏与扬子陆块在9亿年前拼贴形成华南大陆，标志着Rodinia超大陆的最终聚合，修正了以往认为Rodinia在10亿年前聚合的认识。

根据华南825Ma基性岩脉与澳大利亚同期岩墙群的年龄完全一致，李献华等提出华南存在新元古地幔柱的模式。为了验证该模式，他们对华南新元古代岩浆岩进行了系统研究，厘定出高温地幔柱熔融形成的新元古代科马提质玄武岩、苦橄岩和大陆溢流玄武岩，发现了地幔柱活动的关键地质记录，提出地幔柱活动导致Rodinia超大陆裂解，结束了Rodinia超大陆裂解机制的争论；在扬子块体周缘和内部精确厘定出许多820-825Ma花岗岩，这些花岗岩呈“面状分布”，与地幔柱活动及板内玄武岩同时，提出地幔柱成因的花岗岩组合类型；指出地幔柱活动导致华南及其他Rodinia陆块大规模的新元古代裂谷作用和非造山岩浆活动，使Rodinia超大陆在750Ma最终裂解。

根据2021年6月何梁何利基金网站显示，李献华共发表论文276篇（SCI论文149篇，其中第一作者SCI论文49篇，非第一署名通讯作者SCI论文18篇）；论文SCI引用4692次（他引3858次），2011年列ISI全球地学高引用率科学家名录第90名（共2485名），入选2014年全球高引用科学家名录。

2021年2月23日，应中国地质调查局矿产资源研究所邀请，李献华访问资源所，并作题为“同位素地质年代学进展”的学术报告。

2021年5月14日，中国科学院地质与地球物理研究所举办“阿波罗月球样品”研讨会，会议由李献华主持。会上，李献华院士作了题为“月壤样品研究的科学目标、技术方案与组织管理措施”的报告。

2021年5月22日，为顺利进行国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项“面向矿床学研究的变革性原位分析新技术”项目中期验收工作，项目组召开了年度进展报告及学术交流讨论会，项目负责人李献华参加会议，他汇报了“基于微区原位分析技术的精细成矿过程研究”课题的总体工作进展。

2021年6月4日，中国科学院地质与地球物理研究所举办“月球形成与演化”讨论会，会议由李献华主持。

李献华在中国科学院地质与地球物理研究所讲授博士专业课《现代地球化学课程》中的《同位素年代学与微区分析》部分。

2019年，李献华获得朱李月华优秀教师奖。

李献华为推动微区原位同位素地球化学分析技术进步和提升中国相关研究领域的国际学术竞争力做出重要贡献。（何梁何利基金评）

李献华在西太平洋地球动力学演化，特别是华南岩浆岩成因的同位素年代学和地球化学等方面做出了突出贡献。（美国地质学会评）

为记录地球脉动翻山越岭，为研究月壤深耕40余载，丈量地球年轮，刷新月球认知，他用潜心研究实现举世瞩目的“中国速度”。（《科技日报》评 ）