Hiện, giáo sư là Viện trưởng Viện nghiên cứu Tế bào gốc và công nghệ gene Vinmec, phụ trách Đơn nguyên Kỹ thuật cao điều trị tự kỷ và bại não của Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec.

Là người đầu tiên thực hiện phẫu thuật nội soi cho trẻ em ở Việt Nam vào năm 1997, giáo sư Liêm đã phát minh 9 kỹ thuật hoàn toàn mới, phát triển và ứng dụng thành công các kỹ thuật này vào phẫu thuật nội soi cho trẻ em.

Cho đến nay, giáo sư Liêm đã tiến hành hơn 500 ca phẫu thuật nội soi dạng này.

Năm 2014, giáo sư Liêm cùng đồng nghiệp bắt đầu nghiên cứu lĩnh vực hoàn toàn mới tại Việt Nam: ghép tế bào gốc. Ông cũng là người đầu tiên ghép tế bào gốc chữa bệnh bại não và tự kỷ ở Việt Nam.

Cuối tháng 6/2019, Tạp chí di truyền quốc tế Human Mutation (IF 4.5) công bố “Nghiên cứu về bộ gene của người Việt” do các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu Tế bào gốc - công nghệ gen Vinmec (VRISG) thực hiện, giáo sư, tiến sĩ Nguyễn Thanh Liêm phụ trách đề tài.