ศาสตราจารย์ ดร.หม่อมราชวงศ์ชิษณุสรร สวัสดิวัตน์ ทำงานวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างและการทำงานของโปรตีนและเอนไซม์ มาเป็นเวลากว่า 36 ปี ได้ศึกษาโปรตีนชนิดต่าง ๆ ของร่างกายหลายชนิด ดังต่อไปนี้

• พ.ศ. 2512 - 2519 - ศึกษาโปรตีนอิมมูโนโกลบูลิน ซึ่งเป็นโปรตีนภูมิคุ้มกันของร่างกาย ทำหน้าที่กำจัดสิ่งแปลกปลอมที่เข้ามาภายในร่างกาย จึงเป็นโปรตีนที่มีลักษณะโครงสร้างที่พิเศษ โดยมีส่วนหนึ่งของโครงสร้างที่เป็นพื้นฐานทำหน้าที่ส่วนรวม และส่วนที่มีความจำเพาะเพื่อให้สามารถจับกับสารต่าง ๆ ได้

• พ.ศ. 2515 - 2529 - ศึกษาโปรตีนและเอนไซม์ที่มีความจำเพาะต่อระบบสืบพันธุ์ของเพศชาย ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีคุณสมบัติและโครงสร้างแตกต่างจากโปรตีนชนิดเดียวกันที่พบในอวัยวะอื่น ๆ จึงเป็นที่น่าสนใจว่าจะสามารถยับยั้งโปรตีนเหล่านี้ได้โดยไม่มีผลต่อโปรตีนของเนื้อเยื่ออื่นหรือไม่ ทั้งนี้ เพื่อหาแนวทางคุมกำเนิดในเพศชาย โปรตีนที่ศึกษาได้แก่ sperm protamine, testis-specific histone, testis-specific lactate dehydrogenase isozyme X และ plasma acidic protease เป็นต้น เพื่อทำให้เข้าใจโครงสร้างและหน้าที่การทำงานของโปรตีนเหล่านั้น

• พ.ศ. 2527 - 2548 - ศึกษาโครงสร้างของฮีโมโกลบินผิดปกติซึ่งเป็นสาเหตุทำให้เกิดโรคเลือด รวมทั้งศึกษาการผ่าเหล่าที่ทำให้เกิดความผิดปกตินี้ และได้ค้นพบฮีโมโกลบินผิดปกติชนิดใหม่อีกหลายชนิดที่ยังไม่เคยมีผู้พบมาก่อนในประเทศไทย เช่น Hb-Lepore-Washington-Boston, Hb J Buda, Hb G Coushatta และ Hb Queens เป็นต้น ทำให้ได้ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างหน้าที่และโครงสร้างของฮีโมโกลบินที่ผิดปกติ และอาการของคนไข้ สามารถวินิจฉัยโรคได้อย่างชัดเจนขึ้น และสามารถให้คำปรึกษาแก่ผู้ป่วยได้อย่างถูกต้อง

• พ.ศ. 2540 - ปัจจุบัน - ศึกษาโปรตีนและเอนไซม์ในโรคความผิดปกติของกระบวนการเมตาบอลิสม (Inborn errors of metabolism) ซึ่งพบในเด็กไทย และหากไม่ได้รับการรักษาทันท่วงที อาจก่อให้เกิดอาการปัญญาอ่อน ความผิดปกติของกระดูก ฯลฯ ได้ การศึกษาจึงมุ่งเน้นที่จะเข้าใจถึงพื้นฐานระดับโมเลกุลของโรคทางพันธุกรรม เพื่อจะได้นำไปประยุกต์ใช้ในการถ่ายทอดความรู้แก่ผู้ป่วย และช่วยในการบำบัดรักษา ตลอดจนวินิจฉัยโรค

• พ.ศ. 2536 - ปัจจุบัน - ศึกษาโครงสร้างการทำงานของเอนไซม์ไกลโคซิเดสและสารจำพวกไกลโคไซด์ ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสลายและการสร้างคาร์โบไฮเดรท โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารจำพวกโอลิโกแซคคาไรด์ ที่มีความสำคัญต่อการทำงานต่าง ๆ ของเซลล์ ได้ค้นพบเอนไซม์จำพวกนี้ชนิดใหม่หลายชนิดจากเมล็ดพืชพื้นเมืองของไทย ที่มีประโยชน์สามารถนำมาใช้ในการสังเคราะห์โอลิโกแซคคาไรด์และไกลโคไซด์ได้ เช่น เอนไซม์จาก พะยูง ถ่อน มะเขือพวง กระเจี๊ยบ ฉนวน ลั่นทม มันสำปะหลัง และ ข้าว เป็นต้น

• พ.ศ. 2543 - ปัจจุบัน - การพัฒนาเทคนิคด้านโปรตีโอมิกส์ในการวิจัยโรคมะเร็ง เป็นการศึกษาโปรตีนผิดปกติที่พบในโรคมะเร็งชนิดต่างๆ โดยใช้เทคนิคโปรตีโอมิกส์ (proteomics) วิเคราะห์หาโปรตีนที่น่าจะมีความสำคัญหรือมีความเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคมะเร็งชนิดต่างๆ ทั้งนี้ เพื่อหาแนวทางในการพัฒนาการตรวจวินิจฉัยในระยะเริ่มแรกและแนวทางติดตามผลการรักษา ตลอดจนหาวิธีการรักษาโรคมะเร็งที่ได้ผลดียิ่งขึ้น

ศาสตราจารย์ ดร.หม่อมราชวงศ์ชิษณุสรร สวัสดิวัตน์ ได้สร้างกลุ่มทีมวิจัยทางด้านโปรตีนและเอนไซม์ที่เข้มแข็งขึ้นในประเทศไทย ทั้งที่ มหาวิทยาลัยมหิดล และสถาบันวิจัยจุฬาภรณ์ เพื่อมุ่งขยายงานวิจัยทางด้านนี้ให้กว้างขวางขึ้น โดยเน้นศึกษาโปรตีนและเอนไซม์ที่มีประโยชน์ในการประยุกต์ใช้ทางเทคโนโลยีชีวภาพ และที่เกี่ยวข้องกับโรคในมนุษย์ ศึกษาความสัมพันธ์ของโครงสร้างและการทำงานของโปรตีนและเอนไซม์ชนิดต่าง ๆ เช่น เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างอนุพันธ์ของเพนนิซิลินที่มีศักยภาพในการนำไปใช้เป็นยารักษาโรค ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนในโรคต่าง ๆ รวมทั้งการประยุกต์ใช้สารสกัดจากธรรมชาติในการรักษาโรคมะเร็งและการหายของแผล ศึกษาการประยุกต์ใช้โปรตีนและเอนไซม์ทางเทคโนโลยีชีวภาพ เช่น โปรตีนและเอนไซม์ย่อยโปรตีนในไหมเพื่อพัฒนาอุตสาหกรรมผ้าไหมไทย การแยกสกัดเอนไซม์นาริจีเนสจากแหล่งในประเทศไทย สำหรับใช้ในอุตสาหกรรมผลิตน้ำผลไม้เพื่อกำจัดรสขมในน้ำผลไม้ เป็นต้น นอกจากนี้ ยังได้ให้ความสนใจด้านการเรียนการสอน และทำการวิจัยเกี่ยวกับการเรียนการสอนทางด้านชีวเคมีด้วย

งานวิจัยเหล่านี้ ได้ตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติกว่า 120 เรื่อง และจะก่อให้เกิดองค์ความรู้ใหม่ในเรื่องของกลไกการทำงานของโปรตีนและความสัมพันธ์กับโครงสร้าง ซึ่งจะนำไปสู่การประยุกต์ใช้ในด้านต่าง ๆ ทั้งด้านการแพทย์ อุตสาหกรรม และการรักษาสิ่งแวดล้อมต่อไปในอนาคต