専門は有機ケイ素化学、有機合成化学、有機金属化学を中心とする有機化学。
特に有機ケイ素化合物その他有機金属を用いる有機合成、構造有機化学で先駆的研究成果を多数。現在、シリコーン接着剤や化粧品などの原材料として幅広く使われる有機ケイ素化合物の新しい合成法や物性の研究開発を行った。1994年優れた業績を挙げたとして、恩賜賞・日本学士院賞を受賞した。1972年には炭素同士の新しい結合生成反応「熊田・玉尾カップリング」を発見し、ニッケルやパラジウムなどを触媒としたクロスカップリング反応開発の基礎を築いた。