莫毅明致力于多复变函数论、复微分几何与代数几何的研究，于1988年结合非线性偏微分方程领域的里奇流方法与代数几何领域里关于有理曲线的理论解决了广义弗兰克尔猜想。他引进了完备凯勒流形的代数几何化，并与来自中国科学院的数学家钟家庆教授合作证明了有限体积完备凯勒流形的紧致化定理。论文于1989年在《Annals of Mathematics》发表，为中国自20世纪70年代改革开放以来首篇有中国国内数学家为共同作者在该杂志发表的论文。

莫毅明与合作者共同发展了一套运用极小有理曲线簇（VMRT）研究费诺流形的几何理论，于1998年通过此几何理论证明了不可约紧埃尔米特对称空间在凯勒形变下的刚性定理，并于1999年与2004年解答了代数几何领域的拉萨斯菲尔德问题。

大约自2010年始，莫毅明开展其横跨代数几何、复微分几何与数论领域的研究工作。莫教授及其合作者致力发展一套关于充满直线之单直纹射影流形上的子流形的微分几何理论，并运用复微分几何方法解决有界对称域的商空间上一系列来自数论的几何难题。

截至2011年，莫毅明发表逾80篇研究论文，其中10篇刊登在《Annals of Mathematics》《Inventiones Mathematicae》等期刊内。

代表性著作（1986-2020）

1980年，莫毅明应邀访问中国科学院并进行一个月关于复几何方面的专题演讲；此后多次与到访的中国国内优秀数学家合作研究。

1994年，莫毅明受邀在苏黎世举办的国际数学家大会（ICM）作45分钟学术报告。

2011年10月，莫毅明受中国科学院国家数学与交叉科学中心邀请，作题为《Holomorphic isometries and measure-preserving maps in Kähler geometry》的三场系列报告。

2018年12月，莫毅明受邀在北京国际数学研究中心举办的2018年“数学及其应用”教育部重点实验室年会上作题为《Uniformization of Certain Subvarieties of Finite-Volume Quotient Spaces of Bounded Symmetric Domains》的特邀报告。

2019年3月，莫毅明在中国科学院数学与系统科学研究院作题为《Curvature, Rescaling and Uniformization on Bounded Symmetric Domains》的学术报告。

2008年1月，莫毅明独立完成的《关于对称与齐次空间的复几何》项目获得2007年度国家自然科学奖二等奖，为该年度全国数学学科仅有的两项获奖项目之一。

2022年12月，莫毅明作为主要完成人完成的《复微分几何及其应用》项目获得2022年度陈嘉庚科学奖数理科学奖。

根据自身成长经验，莫毅明建议香港特区政府多启发年轻一代对数学的兴趣，让他们认识数学的重要性，也可用戏剧、电影、游戏等活泼手法推广科普。他认为基础教育的老师需要向学生解释出学问背后的机理，而非只是以考试为目标。

莫毅明认为要启发学生的兴趣，并非仅靠一所学校的力量，而需要有协作计划，可以让中学和大学联合构思新点子，例如请中学生试读大学课程，亦可通过戏剧、电影、游戏等多种方式。

2011年4月，莫毅明应厦门大学数学科学学院的邀请作了题为《Germs of measure-preserving holomorphic maps on bounded symmetric domains》的南强讲座。

2018年10月，莫毅明在香港城市大学主持高等研究院杰出讲座，讲题是《曲率及单值化定理对有界对称域的关系》。

莫毅明在多复变函数领域，特别是在凯勒几何和代数流形作出了基础性贡献。（美国数学学会评）

在数学界里，莫毅明以其在纯数学方面的宏观视角著称，并先后以综合分析、代数以及几何的一套方法解决一系列重要猜想与难题。（香港大学评）

对于很多青年科学家来说，莫毅明教授是一个楷模。他专心致志开拓数学的前沿研究和探索范畴内的未知领域。（香港大学理学院院长周强教授评）