刘天罡教授于2010年起任武汉大学药学院教授，同年入选了教育部优秀人才计划，2011年获得了国家优青基金资助，目前主持或参与多项自然科学基金、“973”、“863”项目。

       刘天罡教授在博士工作期间致力于聚醚类抗生素生物合成机制的研究，使人们对这类抗生素生物合成机理有了进一步的认识，并通过组合生物学方法产生新化合物。博士后在斯坦福大学化学工程系ChaitanKhosla院士实验室工作期间致力于改造微生物脂肪酸代谢途径生产先进柴油等工业和医用产品的研究。目前以第一作者和通讯作者身份发表包括《Science》、《PNAS》、《Annual Review of Genetics》、《Metabolic Engineering》、《Biotechnology&Bioengineering》《Chemistry & Biology》、《Methods in Enzymology》等多篇文章；还参与了一部英文专著《Biofuel:From Microbes to Molecules》的编写。

       目前课题组主要研究方向集中在微生物元件挖掘及元件实体库构建，代谢工程及合成生物学技术构建高效微生物细胞工厂，生产药物或者医药前体、精细化学品和高附加值天然产物。 

       研究内容主要针对聚酮合酶和萜类合酶生物元件进行发掘及元件实体库构建；对不同聚酮合酶元件之间进行适配性研究，从而实现药物或者医药前体的高产；针对紫杉醇生物合成关键元件进行发掘，发展紫杉醇微生物代谢工程改造；甲羟戊酸途径体外重建与精确分析，构建高效通用的IPP和DMAPP供给平台，在底盘微生物中实现番茄红素，β-胡萝卜素等高附加值产物的高效生产；针对脂肪酸代谢途径，通过体外重建精确分析，构建高效代谢通路，在大肠杆菌和酿酒酵母中实现脂肪酸的高产，并且利用这条代谢通路还实现了脂肪醇、脂肪酸甲乙酯、支链脂肪酸酯等的高效生产。

       在研究生培养方面，截止到目前已有多名研究生获得武汉大学学术创新奖、优秀学生等奖励，多名学生进入UW Madison、Pennsylvania State University等北美名校继续深造。