多年來致力於資源環境經濟學、區域經濟學和人居環境學等領域的研究與實踐。
主要研究興趣集中在人居環境學、旅遊規劃、區域經濟及高等教育等領域。長期從事自然科學與社會科學之間的交叉領域研究。 2001年以來，先後主持完成國家自然科學基金項目、國家社會科學基金項目、全國教育科學基金項目、教育部人文社科項目以及湖南省傑出青年基金項目等10余項。
[1] 2001年-2004年，主持完成國家自然科學基金項目“南方傳統聚落景觀的區域比較研究” [2] 2001年-2003年，主持完成教育部科技項目“中國傳統村落景觀的經濟學價值研究” [3] 2003年-2005年，主持完成教育部科技項目“城鎮化背景下的古鎮名村保護性規劃方案示範研究” [4] 2003年-2005年，主持完成國家社會科學基金項目“湘西多民族地區古城鎮的歷史地理學研究” [5] 2003年-2005年，主持完成中-加政府間合作項目“沿海地區生態城市社區建設與可持續發展研究 [6] 2007年-2010年，主持完成國家自然科學基金項目“中國傳統聚落景觀群系及其景觀基因圖譜研究” [7] 2008年-2011年，主持完成國家重大科技支撐計劃子項目“歷史文化村鎮保護性規劃技術標準示範研究” [8] 2012年-2014年，主持湖南省自然科學基金創新群體項目——“傳統聚落景觀基因識別及其資源數字化開發與管理” 劉沛林先後主持完成國家自然科學基金項目、國家社會科學基金項目、全國教育科學基金項目、教育部人文社科項目以及湖南省傑出青年基金項目等10余項。主持完成昆明、衡陽、郴州、衡東、寧岡、長沙等地的區域形象策劃和旅遊發展規劃10余項；擔綱策劃完成“景觀規劃與環境設計”方案的長沙市頤美園小區，被評為2003年長沙市優秀景觀樓盤。
倡議並推動了“中國歷史文化名鎮名村”保護政策的出臺；策劃並推動了中國古村鎮保護與發展的《磧口宣言》的頒布；相繼在國內外重要學術期刊發表資源開發、房地產策劃、地區形象設計和區域管理方面的論文80余篇；獲得過省部級二等以上科技成果獎4項；並獲得“全國青年地理科技獎”、“湖南省青年科技獎”等學術榮譽。
先後主持完成國家社會科學基金項目2項、國家自然科學基金項目2項、全國教育科學規劃重點課題1項、教育部人文社科規劃項目2項、省部級科研項目10余項。出版《古鎮名村遺產保護與旅遊開發》、《風水--中國人的環境觀》等著作10部。發表中英文學術論文90余篇，其中，被《新華文摘》全文轉載論文4篇、摘要1篇。研究成果獲得省部級壹、二等社科成果獎和教學成果獎***10項、“五個壹”工程獎3項。 先後應邀到加拿大、英國、法國、德國等地講學；香港、臺灣、新加坡、日本、英國、加拿大等海內外媒體對劉沛林教授的學術成就，均有過報道與介紹。香港的《中國可持續發展》雜誌2004年第5期，將劉沛林教授作為 “封面人物”，並以《劉沛林：探索詩意的棲居》為題，對其學術成就進行了介紹。