劉同先在美國20餘年主要從事農作物和蔬菜害蟲的綜合治理、害蟲生物防治的基礎和套用、害蟲的環境控制、昆蟲生態學、化學生態學、昆蟲植物的關係、昆蟲行為、害蟲物理防治、害蟲持續治理和農業持續發展,、生物適應與生物資源利用、 害蟲的種群發展和擴張等方面的工作，近幾年著重於害蟲-天敵-作物相互關係，寄生性-捕食性天敵-害蟲-植物的相互關係，低-無毒農藥和低投入害蟲治理，生物和環境友好害蟲治理。首次提出了害蟲治理新概念“Biorational Control”，並已經獲得國內外學術界廣泛認可；首次提出”Sustainable pest biological control in ephemeral habitats”（短生作物害蟲可持續生物防治), 其理論正在實踐中驗證和完善。
成就
發表論文123篇，其中SCI收錄105篇，發表論文的雜誌包括：昆蟲學評論（Annual Review of Entomology, 影響因子10.63），生態昆蟲學（Ecological Entomology），害蟲治理科學(Pest Management Science)，生物防治(Biological Control)，環境昆蟲學(Environmental Entomology)，昆蟲科學(Insect Science)，昆蟲科學雜誌(Journal of Insect Science)，套用昆蟲學雜誌(Journal of Applied Entomology)等國際昆蟲學頂尖雜誌。主編專著2部，編寫了8部專著的9個章節，發表其它非學術論文200餘篇。
擔任Journal of Insect Science （昆蟲科學雜誌，SCI雜誌）， Insect Science（昆蟲科學， SCI雜誌）等7種期刊的副主編或編委，是世界31種雜誌的審稿人。是中國國家自然科學基金重點與面上項目、美國農業部NRI科研基金、美國農業部專項科研基金、北卡羅立那生物技術中心課題、荷蘭國家科技部生物技術中心課題評審、加利福尼亞州農業與食品部、德國洪堡基金等研究課題的評審。同時還擔任德克薩斯州園藝學會理事長，是海外華人昆蟲學家協會發起人和理事長。
劉同先教授榮譽當選為美國昆蟲學會會士（Fellow）。美國昆蟲學會（The Entomological Society of America, ESA）近日在其官方網站上公布了2014年當選的10名會士（Fellow）。據悉，截止目前美國昆蟲學會共有4位華裔會士（Fellow），劉同先教授是唯一一位在國內工作並當選的美國昆蟲學會會士。
