首例人工授精嬰兒
1981年在中國科學院遺傳研究所進修後回到湖南醫學院，在中國醫學遺傳學奠基者之壹、著名遺傳學家、她的父親盧惠霖教授的指導下，投入到生殖工程研究事業中，不到半年，就建立了中國第壹個人類冷凍精子庫。1982年1月16日，她指導的中國首例冷凍精液人工授精嬰兒作為傳統生育觀的挑戰者勇敢地誕生了。1987年，任國家七五攻關重點課題“人類體外受精壹壹胚胎移植”的湖南醫科大學課題組負責人，主持體外受精研究。1989年6月5日，湖南省首例（全國第二例）試管女嬰在湘雅醫院降生了。同年6月7日，中國首例供胚胎移植試管男嬰又在湖南醫科大學附二醫院降生。三天內降生兩例試管嬰兒，她的生殖工程研究成果在國內占據了領先地位，並躍上了國際水平。
與國際先進水平同步
1990年，利用顯微操作技術首先在中國建立了“植入前胚胎遺傳學診斷”動物模型，該工作與國際先進水平同步。1991年，利用畸形精子分離術優選精子研究用於治療由畸形精癥引起的反復流產、死產患者，誕生了世界上第壹例畸形精子分離後的正常嬰兒，並發現畸形精子產生的原因是由於DNA結合蛋白組蛋白轉化不全。1993年，率先在湖南省建立了顯微註射法制備轉基因動物模型技術，建成了EB病毒潛伏膜蛋白基因、ALHa基因、ALHa+β基因、脊髓灰白質炎病毒受體基因等四種轉基因小鼠，並用染色體熒光原位雜交技術證實了外源基因穩定地整合在轉基因鼠的子二代基因組上，為研究腫瘤的發病機理、免疫機理以及病毒感染的機理，提供了新的途徑。1994年，將不同品系小鼠8-細胞胚聚合用聚合嵌合法誕生了毛色黑白相同的嵌合小鼠，為基因打靶研究奠定了基礎。
“試管嬰兒之母”
1988年，中國首例供胚移植“試管嬰兒”羅優群在湖南出生。24年後，這個孩子已經長成了壹個帥小夥，而他就在中信湘雅生殖與遺傳專科醫院工作，在壹手“創造”他的中國著名的生殖與遺傳專家、中信湘雅生殖與遺傳專科醫院院長盧光琇手下，從事輔助生殖技術研究。
1994年，在國內首次建立了單個精子顯微受精技術，成功制作了動物模型。1996年，胚胎克隆鼠獲得成功。所取得的多項科研成果轉入了臨床應用，建立了優生遺傳不育癥門診，每年診治全國各地及海外不育遺傳患者約6000—7000人,取得良好的治療效果。被稱為“試管嬰兒之母”。
成立人類幹細胞國家工程中心
隨著人類輔助生殖技術平臺的建立，盧光琇逐步將研究重點轉向生殖工程與遺傳工程的結合及幹細胞領域，期望在配子和胚胎水平改善遺傳組成，治療遺傳性疾病，並探討通過幹細胞治療不孕不育癥的可能性。1990年，成功地在國內首次建立了著床前胚胎遺傳學診斷的動物模型。1993年，轉基因小鼠獲得成功。但由於轉基因在小鼠染色體上為隨機整合，不適於作為基因治療的理想載體，她進而開展胚胎幹細胞和治療性克隆研究。1996年誕生了中國第壹批核移植小鼠，1999年成功建立人類體細胞核移植技術平臺，比美國早兩年構建了第壹個人類克隆胚。2001年，成功分離、培養人類胚胎幹細胞，建立了具有自主知識產權的7株人類胚胎幹細胞系，並建立人類胚胎幹細胞庫。由於她領導的實驗室在幹細胞領域的突出成就，2001年經湖南省批準，成立了湖南省幹細胞工程技術中心，2004年，被批準成立人類幹細胞國家工程中心。