นอกเหนือไปจากภารกิจช่วงที่สำคัญต่อชีวิต ในฐานะผู้อำนวยการ ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ เป็นเวลา 8 ปี แล้ว กล่าวได้ว่า ดร.ทวีศักดิ์ กออนันตกูล มีผลงานหลักในกลุ่มของการพัฒนาประเทศด้วยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หลายกลุ่ม เช่น กลุ่มงานวิจัยและพัฒนาระบบภาษาไทยบนคอมพิวเตอร์ การพัฒนาและผลักดันมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม[13]ต่างๆ ที่ต้องใช้กับระบบคอมพิวเตอร์ กลุ่มงานวิจัยและพัฒนาด้านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นการริเริ่มสร้างเครือข่ายอินเทอร์เน็ตในประเทศไทยร่วมกับบุคคลสำคัญอีกหลายท่าน [14] โดยเริ่มจากการก่อตั้งเครือข่ายไทยสาร โครงการสคูลเน็ต (School Net) เครือข่ายกาญจนาภิเษก เครือข่ายสารสนเทศภาครัฐ หรือ GINET (Government Information Network) และการมีส่วนร่วมในโครงการเทคโนโลยีสารสนเทศตามพระราชดำริ สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี กลุ่มผลงานที่สาม คือเรื่องการพัฒนากฎหมายเทคโนโลยีสารสนเทศของประเทศไทย โดย ดร.ทวีศักดิ์ ได้มีบทบาทสำคัญในการยกร่างกฎหมายต่างๆร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านกฎหมายของประเทศหลายๆท่าน เช่น ศาสตราจารย์คนึง ฤๅไชย ศาสตราจารย์คณิต ณ นคร และเข้าร่วมเป็นกรรมาธิการของสภาผู้แทนราษฎรและวุฒิสภาในการออกพระราชบัญญัติว่าด้วยธุรกรรมทางคอมพิวเตอร์ เป็นรองประธานกรรมาธิการของสภานิติบัญญัติแห่งชาติ พิจารณาร่างพระราชบัญญัติว่าด้วยการประทำความผิดทางคอมพิวเตอร์ ซึ่งออกมาเป็น พรบ.ในปี 2550 รวมถึงการเป็นคณะกรรมการธุรกรรมทางอิเล็กทรอนิกของประเทศสองวาระ ในช่วงที่เป็นผู้อำนวยการศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) งานสำคัญที่ประสบความสำเร็จ ได้แก่ การกำกับดูแลการแก้ไขปัญหาคอมพิวเตอร์ ปี ค.ศ. 2000 การยกร่างและผลักดันนโยบายเทคโนโลยีสารสนเทศแห่งชาติ หรือ IT 2010[15] การทำแผนแม่บทเทคโนโลยีสารสนเทศสำหรับประเทศไทย ฉบับที่ 1 (พ.ศ. 2545-2549)[16] การผลักดันกฎหมายไอซีที ที่สำคัญต่อประเทศหลายฉบับ และการทำงานร่วมกับ สำนักงาน ก.พ. เพื่อก่อตั้ง กระทรวงเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร ดร.ทวีศักดิ์ เข้าร่วมทำงานกับกรรมการระดับชาติและของหน่วยงานต่างๆไม่ต่ำกว่า 100 คณะ ดร.ทวีศักดิ์มีผลงานเขียน และคำบรรยายในที่ต่างๆ ทั้งภาษาไทยและต่างประเทศจำนวนมาก เป็นบทความมากกว่า 150 เรื่อง และปรากฏในหนังสือต่างๆไม่น้อยกว่า 30 เล่ม