刘瑞玉多年从事海洋底栖生物生态的研究，是我国这一分支学科的奠基人和开拓者。他从1957年开始对我国渤海和北黄海海域进行调查研究，后来又连续负责参加了规模空前的全国海洋综合调查和中越北部湾海洋综合调查研究，填补了这一学科的空白。他和同志们的研究工作，为我国这一分支领域的发展奠定了基础。加上他后来参加的浙江近海渔业资源调查、东海大陆架的冲绳海槽综合调查及其他专题调查，积累了大量完整、系统的标本资料，有许多新的发现。他全面系统研究和总结了我国海洋底栖生物的种类组成、数量分布和群落结构及其变化特点，阐明了它们与海洋环境因子的密切关系，指出黑潮暖流和黄海冷水团等的决定性影响。
完成的主要著作影响到国内外。刘瑞玉提出中国海底栖动物区系区划，推动了海洋动物地理学研究。他首次发现黄海较深水域冷水性动物群落居绝对优势，并有北太平洋两岸种存在，明确提出黄海的底栖动物区系应属北太平洋温带区的东亚亚区，而东海外海南海北部的底栖动物区系与黄海迥然不同，属于印度—西太平洋暖水区的中日亚区，指出它们的组成与分布受黄海冷水和黑潮暖流及其分支的制约，在长江口至济州岛一线，两区系之间形成生态学障碍。上述研究补充和纠正了前人论点的不足与错误，为同行普遍接受。1986年，他参加编写的《中国自然地理》(海洋地理卷)获澳门赌场自然科学奖一等奖。
