研究方向为食品添加剂与食品安全，中国工程院院士、国务院食品安全委员会专家委员会委员。作为第一完成人获得国家科学技术进步奖二等奖3项、国家技术发明奖二等奖1项、神农中华农业科技奖优秀创新团队奖1项、中国专利优秀奖1项、北京市高等教育教学成果奖2项。2019年获得何梁何利基金科学与技术创新奖。主持国家科技支撑计划、国家973计划、863计划等多项国家级、省部级项目及横向课题，获授权发明专利20余项，主编出版学术著作5部，普通高等学校国家级规划教材1部。
孙宝国院士联合国内6所高校的9位教授，主持编写了《食品添加剂》本科教材。该教材一经出版就被国内相关院校广泛选用。被教育部评为“十二五”普通高等学校本科国家级规划教材，荣获2013年度石油和化工科技进步奖一等奖。2014年度中国轻工业优秀教材一等奖；目前该教材已作为浙江大学、上海交通大学、南昌大学、中国农业大学、华东理工大学、南京工业大学、厦门大学、北京理工大学、广西大学、北京化工大学、湖南农业大学、安徽农业大学、湖北大学、河北农业大学、内蒙古大学、大连工业大学、河南农业大学、武汉轻工大学等学校食品添加剂课程的教材。同时近年来孙宝国教授编写的科普读物《躲不开的食品添加剂：院士、教授告诉你食品添加剂背后的那些事》获得2016年国家科学技术进步奖二等奖、教育部科学技术进步奖（科普类）一等奖，农业部神农中华农业科技奖科普奖等奖项。