李国婧从事植物分子生物学研究，根据内蒙古地区的实际情况，致力于植物抗逆信号转导、植物生物反应器和内蒙古干旱荒漠区植物生物质能源途径建立的相关研究。她负责完成的“利用转基因烟草根系及组织分泌表达枯草芽孢杆菌纤溶酶”项目，通过内蒙古自治区科技成果鉴定，专利申请已进入实审阶段。该项技术为开发利用植物根系“挤乳”式生物反应器提供了理论依据和实践参考。
　　李国婧等证明了烟草Ntf4与SIPK是功能丰余基因，澄清了Ntf4只在花粉管中表达的谬误，为阐明MAPK激酶信号途径提供了重要证据。此外，她获得了5个与植物抗病相关的突变体，证实了MPR1基因突变在植物抗病和丰产中的重要作用，该基因已成为植物抗病信号转导途径的新组分和农业生产中重要的基因源，成果被美国DDPSC登记。李国婧负责的“内蒙古干旱荒漠区植物生物质能源”项目已获得多个侯选材料和优良品系，建立了甜高粱离子束辅助育种和旱寒地区秸杆乙醇技术。为建立旱寒地区生物质能源途径、发掘特有遗传资源和建立植物育种新技术奠定了坚实的理论基础。
　　2004年以来，先后获得国家自然科学基金、863子课题、内蒙古重大科技专项、教育部留学基金等6项资助，参加7个合作课题。