王卫的研究方向主要集中在有机化学、化学生物学和系统生物学以及材料化学领域。
在有机化学领域，王卫专注于有机合成新方法学，包括不对称催化和绿色化学有机反应，以及具有生物活性的复杂天然产物的全合成。
在化学生物学和系统生物学领域，王卫的研究集中在细胞凋亡、分子成像、组合化学、新药开发和药剂化学等方向。他使用小分子作为探针来理解生物过程中蛋白-蛋白之间的相互作用，开发和研制新型抗癌、抗HIV和抗炎药物，进行体内氧自由基、糖、激酶生物作用和癌症诊断的研究。同时，他还设计、合成和高通量筛选化学库，快速寻找先导化学物，并利用计算机辅助设计进行新药开发，通过生物手段控制药物释放，改进药物的理化性能和生物利用率，降低药物毒性，提高药物的靶向性和耐药性。
在材料化学领域，王卫研究分子的印刷和生物材料，设计和合成具有识别和记忆功能的人造纳米材料，模仿酶催化反应和药物控制释放，以及设计和合成具有生物功能的骨材料。
近期，王卫发表了一系列研究成果，涉及直接、易于进行的醛和酮a-硒化反应、直接、手性选择性的阿洛尔反应、手性选择性的Mukaiyama-Michael加成反应、新型吡咯二胺催化直接形成a, b-不饱和酮、直接、高度手性选择性的吡咯二胺催化迈克尔加成反应、简单、高效的L-脯氨酸胺催化a-硒化反应、高效合成荧光肽标签、直接、有机催化a-磺化反应以及新型胺磺酸有机催化剂促进直接高选择性a-氨氧化反应。
王卫是顺丰速运集团总裁，此前很少接受媒体采访。2011年4月底，王卫18年来首次接受媒体采访，他表示顺丰欲染指电子商务领域，并承认其公司个别快递员的确月入过万元。