李天初1981年以來一直在中國計量科學研究院從事時間頻率基準、光電子計量、穩頻激光和光干涉計量的研究工作。

　　1996～1998年，擔任“光纖損耗/長度和光纖OTDR標準檢定裝置”課題組長。此成果2001年獲中國計量科學研究院科技成果特等獎，2001年獲國家質檢總局科技成果一等獎，2002年獲國家科技進步二等獎(第一獲獎人)。此課題建立的裝置于2002年被批準為國家標準，取得了良好的社會經濟效益。

　　1999～2005年，擔任“1.5 mm光通訊波分復用波長標準裝置”課題組長。 此成果在科學意義上填補了國內近紅外波段沒有波長標準的空白；在實際應用上建立了我國光通訊波分復用光波長標準。

　　1999～2003年，擔任“NIM4激光冷卻—銫原子噴泉時間頻率基準裝置”課題組長，建立了我國新一代時間頻率體系的源頭。此成果2005年獲中國計量科學研究院科技成果特等獎，獲2005年國家質檢總局“科技興檢獎”(第一獲獎人)。NIM4銫噴泉鐘的研究集中了當代國際一系列最新科學技術成果，代表了中國計量科學前沿研究的水平。NIM4銫噴泉鐘的研制成功表明中國時間頻率基準研究進入當今世界先進水平，標志著中國成為國際少數具有獨立完整時間頻率計量體系的國家之一。

　　2002至今，參加“鎖模飛秒脈沖激光—微結構光纖—光學梳狀頻率/波長標準裝置”課題的研究。 此課題將建立光學波長與微波頻率的直接聯系，從而改變我國波長計量體系的格局, 并為我國未來研制光頻標準奠定了技術基礎。

　　2002至今，擔任“NIM5可搬運銫冷原子噴泉鐘”課題組長。此課題將在中國計量科學研究院實驗基地建立我國的時間頻率基準，使我國時間頻率計量基準的研究進入國際先進水平，為中國的前沿科學和國防建設服務。

　　2002至今，擔任科技部科技基礎專項“建立我國現代時間頻率計量標準和發播體系”項目負責人。