雷志栋长期工作在一线，参加或主持了塔里木河干流整治及生态环境保护、叶尔羌河平原绿洲四水转化关系、叶尔羌河平原绿洲耗水分析及宁夏青铜峡灌区续建配套与节水改造规划等项目工作。

1980年代初，雷志栋领衔的科研团队率先对国外提出的“非充分灌溉”问题进行了较为系统的研究，初步形成了非充分灌溉的理论和技术框架。1980年代中后期，他的科研团队提出了“大气水”、“地表水”、“土壤水”、“地下水”之间的“四水转化”概念，从理论和试验上对给水度概念做出了正确的解释，对地下水资源的评价与研究起到了一定的作用。1991年以来，雷志栋长期与新疆叶尔羌、宁夏青铜峡和山东位山等特大型灌区保持密切的合作关系，进行灌区水资源配置与合理利用的调查、监测、试验与咨询研究。他作为技术负责人完成的渭干河、喀什噶尔等4个大型绿洲灌区的水盐监测，对当地的水利规划与管理有重要价值，是中国大型灌区水盐监测的范例。在叶尔羌绿洲四水转化研究、塔里木河水资源与生态保护研究中，他均取得了创新性成果，为塔里木河综合治理规划提供了一定的科学依据，在西部大开发的水利建设中发挥了作用。

根据2022年12月中国工程院网站显示，雷志栋先后主编专著《土壤水动力学》，发表论文百余篇。

根据2022年12月中国工程院网站显示，雷志栋先后获得国家科技进步二等奖2项，省部级科技进步一、二等奖7项；水利部优秀科技图书一等奖。

雷志栋为中国农业水资源高效利用做出了突出贡献，为中国西北地区水资源可持续利用做出了极富意义的贡献。他坚持深入实地考察调研并撰写报告，为一系列重要成果的取得做出了巨大贡献。（中国工程院评）

雷志栋担任中国工程院土木、水利与建筑工程学部第八届常委会主任期间，在学部的增选工作、咨询研究、学术活动等方面倾尽心血，为学部的学科建设做出了卓越贡献。他热爱祖国，品德高尚，严谨治学，诲人不倦，具有崇高的科学精神和人格魅力，是中国科技界的楷模和学习的榜样。他毕生致力于农田水利研究和教育事业，为中国水资源的合理应用及水利学科的发展做出了卓越贡献。（时任中国工程院院长周济在雷志栋院士逝世（唁电）中评）

雷志栋多年来在土壤水和农田灌溉方面进行了开创性的研究工作，对推动中国土壤水问题研究和农田水利学科发展做出了重要的贡献。（清华大学评）

2018年1月4日，清华大学“雷志栋奖学基金”捐赠仪式在新水利馆举行。中国工程院院士、清华大学水利系原系主任雷志栋的儿子雷力、雷威，基金捐赠人、雷志栋的学生、水利系教授倪广恒，土木水利学院院长张建民，教育基金会副秘书长王丹等出席了仪式。仪式由学生部部长丛振涛主持。“雷志栋奖学基金”由雷志栋的学生倡议发起，借以表达对恩师的缅怀与感激之情。基金主要用于支持水利系的学生培养工作，奖励水利系优秀学生。