刘建康获博士学位后，随即应美国伍兹霍尔实验细胞实验室主任R.钱勃斯（Chambers）之聘，任该实验室副研究员，从事微体操作和组织培养实验。一年后应麻省北安普顿（Northampton）史密斯学院（Smith College）M.罗士（Rose）之聘，任动物癌症研究基金项目的研究员。钱勃斯和罗士对他的才干极为赏识，都劝其留在美国，罗士学主动提出要他把未婚妻也接到美国来并允诺安排其工作。刘建康表示他的科学研究事业在祖国，谢绝了他们的挽留，遂于1949年2月回国，在上海任中央研究院动物研究所研究员。1950年1月中国科学院水生生物研究所成立，刘建康任该所研究员，在该所设在无锡的太湖淡水生物研究室工作；1951年兼任苏州东吴大学生物系教授。其间曾编著10万字的《鱼》一书，所得稿酬全部捐献以购买飞机大炮，支持抗美援朝战争。
上世纪80年代，刘建康又开始东湖富营养化研究。1989年国际湖泊环境委员会与联合国环境计划署联合出版的《世界湖泊环境数据书》中介绍了东湖的研究工作：“中国科学院水生生物研究所的科学活动，使东湖成为世界湖沼学家最熟悉的中国湖泊之一”。与此同时，刘建康领导并亲自参与了我国河流生态学研究，提出了流域生态学研究的新兴学科领域，为解决我国面临的日益严重的水资源短缺和水环境恶化问题奠定了坚实的生态学基础，并指出了研究方向。