陈曦长期聚焦内陆干旱区数字流域研究，作为首席科学家主持国家973项目、国际合作专项项目、第三次新疆科学考察专项项目等重大项目20余项，在内陆干旱区数字流域理论与方法上取得了系统性创新成果，构建了流域空天地一体化动态监测、水-社会经济-生态用水协同调控模型，揭示了干旱区深根植物水分运移和高效利用机理，发现了干旱区巨量地下深根有机碳库，创建了塔里木河流域水量调度管理系统和中亚咸海流域水-社会经济-生态协同调控系统，在塔里木河和咸海生态修复中发挥了关键作用，取得了重大社会、经济和生态效益与国际影响。成果被Science正刊论文和IPCC第六次评估报告引用，战略咨询建议得到了国家主要领导人批示采用，成果分别获国家科技进步二等奖（排名第一）、何梁何利科技进步奖、全国创新争先奖、新疆科技进步特等奖、新疆科技进步一等奖3项（均排名第一），在Nature Communications、Science Bulletin等SCI期刊发表论文385篇，出版专著18部，Web of Science 检索他引10531，入选全球2%科学家榜单，创刊主编《Journal of Arid Land》（IF 3.1），分别入选中国地理学会会士，中亚哈萨克斯坦等国家科学院院士和国际欧亚科学院院士，曾获得全国先进工作者、中国科学院杰出青年奖、全国十佳科技工作者提名奖、国家级领军人才等荣誉。