在心血管医学与遗传学领域，曹文凯的开创性研究奠定了血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI）的发展基础，这类药物已在全球范围内被广泛用于治疗高血压和心力衰竭。他还率先开展了血管疾病的基因治疗研究，并首次在人体内引入 DNA 诱饵分子。在心血管再生研究方面，他提出了干细胞作用的旁分泌假说（Paracrine Hypothesis），并发展了直接心脏重编程的策略。 

    曹文凯积极推动本地和全球医疗体系的转型与改善。他主张医学与科学领袖应积极参与解决关系全人类的社会性重大挑战。在 NAM 任职期间，他领导制定了以创新与公平为核心的战略，推动了一系列重大国际倡议，包括《全球健康风险框架委员会》、国际人类基因编辑倡议、《健康与医疗保健发展方向》、气候变化与人类健康重大挑战，以及“新兴科技与创新在医学和健康中的转化行动协作平台”。在学术医学领导方面，他提出并推动了“从实验室到临床到人群到社会”（Bench to Bedside to Population to Society）的新模式，将人群健康、社会使命和公平纳入学术使命中。

    在全球健康领域，曹文凯创立了杜克全球健康研究院和新加坡杜克 - 国立大学医学院，创建了哈佛大学全球健康公平研究部，并担任麦吉尔大学人口与全球健康学院国际咨询委员会主席。他还共同主持了二十国集团（G20）疫情防控融资高级别独立小组、区域疫苗制造合作机制以及国际大流行病防备科技专家组。他同时在世界卫生组织和世界银行的全球防范监测委员会任职，曾共同主持 G20 全球健康安全科学小组，并担任流行病防范创新联盟理事会成员。 

    曹文凯获得众多奖项，其中包括马克斯·德尔布吕克奖章、美国心脏协会杰出科学家奖、埃利斯岛荣誉勋章、欧洲科学院和艺术学院波尔策奖、Henry Friesen 国际奖，以及日本“旭日重光章”。2019 年，他被授予新加坡荣誉公民称号，这是新加坡对外国公民的最高荣誉。他还获颁包括香港中文大学在内的21 所海内外大学的荣誉博士学位。