2001年于
哈佛大学工程与应用科学学院获固体力学
专业博士学位，导师为美国科学院、工程院、
文理学院三院院士、力学大师John W. Hutchinson教授。
2001年至2003年在哈佛大学进行博士后研究工作，导师为Hutchinson教授和三院院士Anthony G. Evans教授。
现兼任力学研究通讯（Mechanics Research Communications）和纳米微米力学杂志（Journal of Nanomechanics and Micromechanics）副主编，为Science，Nature，PNAS，PRL，JACS等100多个学术期刊审稿。并任
美国机械工程师协会（ASME）下
多功能材料和纳米
能源材料两个专业委员会主席，以及材料学部（Materials Division）执行委员。他在国际会议和国际知名大学做学术报告和邀请报告100多次，组织和参与组织国际会议20余次，担任分会场主席40余次。
2007年，获
美国国家科学基金会NSF颁发的事业奖（CAREER），这是美国国家科学基金会授予青年学者的最高奖励。
2008年，获由美国总统George W. Bush在白宫颁发的美国青年科学家总统奖（PECASE），这个奖是美国政府官方授予青年学者的最高奖励。2008年NSF从全美四万名青年学者中提名20人获得此奖，陈曦为唯 一华人，他也是迄今为止国际力学界华人学者中唯 一获奖者。
2009年，获由
中国国家自然科学基金会颁发的海外杰出青年科学基金。同年获聘韩国教育科学与技术部颁发的世界级大学海外学者
讲座教授。
2012年，获得
ASME的Thomas J.R. Hughes青年学者奖，他是国际上囊括ASME和SES这两个权 威协会的所有三项青年力学科学家大奖的第一人。同年获得
日本学术振兴会Fellowship奖和澳大利亚Distinguished Fellowship奖，并作为美国最顶尖的青年工程师之一被
美国国家工程院特邀出席Frontiers of Engineering年会。
陈曦教授应用多尺度理论方法，试验方法及数值方法，研究包括应对能源与环境挑战的
新型材料，
纳米结构和
生物材料等前沿问题。已经发表230多篇期刊论文，被引用3000多次，其
H指数（高引用次数指数）大于35，这些指标均为同学科领域青年学者的最高指标。他的科研多次被自然杂志和其他媒体报道。
着重于新型的高效能源转换材料。利用造价低廉的
纳米多孔材料和功能流体结合，在其巨大的比表面积上利用各种物理化学过程，实现
电能、
热能和
机械能的相互转换。例如，把低温废热回收为电能，其效率接近
卡诺循环理论上限，突破了国际
热电学领域的难题。该系统运行稳定，成本造价低，无需对现有系统进行改动，对于大幅度提高电厂热效率，太阳能电池效率，
地热能、核能效率，汽车热效率，建筑物能量使用效率，生物质能等有巨大和可快速见效的前景。又例如，把有害的机械能（振动，冲击等）吸收，不但起到保护系统的功能而且可以把部分有害能量转变为有用的电能，对于大幅度提高水电和风电效率也有重要意义。以上二系统结合同时可以应用于无线发电技术，使得大规模智能结构系统和建筑成为可能。而以上二系统的反过程可以成为纳米材料电机和热机，具有巨大的能量输出功能，可以广泛用在
驱动，
推进，
智能结构上。
陈曦是
生物形态学的先驱者之一。他利用简单的物理和力学模型解释了被
达尔文称为不可能破译的多个生物形态学难题，包括多种动植物体、细胞、组织等的形态。同时基于简单的物理和力学原理，他开发的仿生材料系统是世界上第一个三维的自组装机械系统，成本低廉且结构简单，可广泛应用于微制造行业。他首 创了自上而下的模拟
生物大分子的物理和力学行为的方法，被国际同行广泛引用。
陈曦开发完善的
纳米压痕技术可方便地测量多种材料结构的力学性质，已经被应用于
芯片测试中。他系统地研究了各种
纳米管、
纳米线、
纳米颗粒、
纳米薄膜及其复合体的力学行为，利用低成本的纳米材料和可控的微疲劳裂纹扩展在环境工程领域开发从空气中捕捉
二氧化碳并且长期埋存的技术，这将对二氧化碳减排和可持续发展产生深远影响。他发展的多尺度和新材料技术还可显著地增加天然气和石油开采的效率和安全系数，以及用于
海水淡化。