从事神经病原学与神经科学的交叉学科研究。利用三维基因组测序，单细胞测序，TRAP、甲基化测序等各种前沿下一代高通量测序技术，配合双光子活体成像，超分辨成像，CRISPR/Cas基因编辑，蛋白及核酸互作，等现代分子生物学技术，集中研究以下三个方向：1.研究神经系统对病原入侵和免疫反应的感知及调控 ；2.改造利用嗜神经病毒探索大脑神经回路，尤其是与调节免疫系统相关的神经环路；3.病原与宿主细胞相互作用，研究结核分枝杆菌寄生、复发及逃逸宿主免疫清除的分子机制。

主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重大研究培育项目、农业微生物国家重点实验室专项经费、武汉市科委基础研究项目等。迄今为止，以通讯作者或第一作者在JACC, Current Biology, NAR, JBC,Oncotarget, Scientific Reprot等刊物发表论文多篇，申请专利多项。2008年，荣获国家优秀留学生奖，2013年，入选湖北省楚天学者特聘教授。

建立功能蛋白质组学实验室，主要研究方向为利用蛋白质组学方法结合分子、细胞、动物等手段研究细胞器质量控制在神经退行性疾病发生中的作用。利用高精度定量质谱的合作研究发现重要疾病模型的蛋白质差异表达和蛋白修饰，研究成果曾发表于Immunity，Cell，PNAS，Science，Nat Immunology，EMBO J，Nat Cell Biol等杂志。

在后基因组时代，系统研究细胞或机体的蛋白质在时间，空间水平的定量变化，翻译后修饰，以及蛋白复合体的动态变化，已经在许多方向为进一步理解生命过程的基本原理，深入了解重大疾病的发生发展机理开辟了新途径。基于液相色谱-高分辨质谱联用的蛋白组学在这些研究方向起着举足轻重的作用。廖教授实验室利用先进的质谱技术，结合分子生物学、细胞生物学、生物化学和动物模型等多种研究手段，探索蛋白质及细胞器稳态在神经退行性疾病发病过程中的作用。尤其关注蛋白激酶和泛素连接酶的功能变化，以及线粒体和内质网质量控制系统的异常导致神经细胞退行性变的机理。