作为一名科学家，吴自良不满足于完成具体任务，达到和超过任务要求的指标，总是在完成实际任务的基础上，提出相应的学科问题，力求阐明和澄清事物的本质，把科研工作引向深入，提高学术水平。
50年代，在建立我国自己的合金钢系统的研究中，他针对钢的时效特性，提出了合金元素和碳氮等间隙原子间的相互作用问题，又针对钢和钼合金都存在的脆性断裂现象，研究体心立方金属中间隙院子与位错间的交互作用问题。在研究40X代用钢的渗碳特性时，他注意到的不仅是渗碳工艺的时间、温度、介质等工艺参数，还有碳原子的在钢中的扩散问题。
60年代初，组建精密合金研究室时，除了配备人员和确定课题外，他还带着新上任的室副主任曾训一到物理所和南京大学邀请有关专家来所，为科研人员讲课，以充实学科的基础知识，提高科研工作的起点和水平，同时结合精密合金的研制，提出研究合金相变的问题。虽然限于当时的历史条件，他的很多设想没能充分实现，但在完成的几项工作中，都表现出独到的见解。
70年代，半导体材料和器件迅速发展成为材料和信息科学的最重要的前沿领域。而当时由于“文革”的影响，我国在这方面的研究与国际上先进国家的产局日益扩大，突出表现在半导体器件和大规模集成电路的成品率低，可靠性差。文革后期，吴自良重返科研岗位后，经过调查研究提出，开展集成电路单项工艺和硅材料品质因素的研究，在他的倡导推动、组织安排和具体指导下，这方面的研究逐步开展起来，并迅速取得了一批有影响的研究成果，其中有改善硅片表面质量的“SiO2 胶体抛光工艺”，有提高直拉硅单晶氧含量测定精确度的“9微米红外吸收法测定硅单晶中氧含量的定标曲线”，以及降低直拉硅单晶中重金属杂质含量，显著提高其电学性能的“大规模集成电路硅单晶的氧本征吸杂研究”等，分别获得中科院和上海市的科技进步奖。
80年代中后期，临界温度在液氮温度以上的氧化物高温超导材料的发现，在全世界掀起了“高温超导热”。考虑到这种新材料在高科技领域的重要性，吴自良虽已年逾古稀，仍满腔热情地投入这个新的研究领域。他广泛地收集资料，及时掌握研究动向，出主意，提方案，指导一批中青年科研人员和研究生开展氧化物高温超导材料，特别是最有希望在实际上得到应用的薄膜材料制备工艺的研究工作以及氧在高温超导材料中扩散行为的研究。
同时，吴自良还把氧化物超导材料中扩散行为和高温超体薄膜材料中的缺陷结构联系起来，力求阐明高温超导氧化物薄膜材料中异常高速进氧过程的物理本质，发表了一些具有独到见解的论文，受到国内外同行的关注。