现任中国科学院量子信息重点实验室主任、中国物理学会理事,中国光学学会理事,全国量子光学专业委员会主任,国际刊物《International J. of Quantum Information》 的Managing Editor;国家科技部973项目“量子通信与量子信息技术”首席科学家,中科院重要方向项目首席科学家,国家基金委创新群体学术带头人。国家科技部中长期规划“量子调控”重大项目-“量子通信与量子计算的物理实现”首席科学家;荣获国家自然科学二等奖,何梁何利奖,安徽省自然科学一等奖,安徽省2007年重大科技成就奖,被评选为中国科学院先进工作者、教育部全国优秀教师。培养博士研究生 65人,其中两人荣获全国百篇优秀博士论文奖。
陈仙辉长期以来一直坚持新型非常规超导体的探索及超导和强关联物理的研究,发现的新型超导体涵盖铜氧化合物超导体、富勒烯超导体、铁基超导体和有机超导体等多种体系。在铁基超导体的研究中取得突破性成果:首次在铁基超导体(常压下)实现40开以上的超导电性,给出了相图及反铁磁与超导电性竞争和共存的证据,发现大同位素效应和磁化率线性温度依赖关系的普适行为;在强关联电子体系中发现多自由度相互作用导致的反常行为;基于黑磷具有与石墨类似的二维结构且有能隙,提出开展对其研究的思想,随后利用高温高压技术生长出高质量黑磷单晶,并与复旦大学张远波等小组合作,成功地在二维黑磷薄层晶体实现了场效应晶体管。2009 年获中国物理学会―叶企孙奖(2008-2009 年度)、教育部长江学者成就奖(一等奖)、香港求是科技基金会求是杰出科技成就集体奖;2010年获安徽省科学技术一等奖、高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)一等奖;2013年获国家自然科学一等奖;2015年获Bernd T. Matthias奖。
他还兼任 Nature系列杂志《Scientific Reports》和《Solid State Communications》Editor、《科学通报》编委、《物理》编委、《物理学进展》编委、中国物理学会理事、中国物理学会低温物理专业委员会副主任、超导国家重点实验室学术委员会委员等学术职位。