赵连城院士在中国较早地建成了高水平的化合物半导体物理气相沉积实验室，并且结合国防建设急需积极开展工作，系统研究了化合物半导体薄膜和器件在国防工业中的应用，还系统研究了形状记忆合金的微观变形机制与应变恢复特性之间的内在关系，揭示了NiTi合金线性和非线性超弹性的物理本质，并在航天、航空、石油和生物医学领域获得广泛应用，取得多项成果，已成功应用于神舟四号飞船、SJ-5和QS-1卫星，以及介入医学治疗等，形成了高新技术产业。
赵连城院士长期从事半导体异质结、量子阱和超晶格、共格量子点岛、双波段激发和多波段调谐等光电薄膜材料和器件及各种红外彩色成像监控系统研究，以及发光材料、光电转换材料、光导纤维和器件、信息存储材料、绿色荧光蛋白和分子荧光探针，能带结构分析和断带隙超晶格的工程技术应用等，包括：远程通信全光网络工程的宽带光纤和器件；腔道癌症3D内窥观察和光量子治疗光纤系统；夜视彩色红外相机和红外监控摄像机系统；战场目标探测、识别和监控红外成像系统；人造和天然石墨烯制取和高灵敏传感器及快速充电长寿命电池、人造金刚石、非制冷红外彩色成像监控系统等。
