到了20世紀60年代，生物學跨入了飛速發展的新階段，劉曾複對兩方麵（分子生物學和控製理論）的科學進展很有興趣。他認為分子生物學比傳統生物學在更大的程度上展示出物理科學的抽象推理思想；同時他又特別強調不要陷入“把生理活動單純還原成分子水平事件”的還原論觀點，他認為機體的整體特性不等於其各組成部分的性質的簡單總和。經過多方選擇，他決定把注意力集中於控製理論在生理係統分析中的應用。
他先後進行過普通生理學（如磷脂類對蟾蜍咽部纖毛運動的影響）、調節生理學（如雄性激素對雌性動物垂體促性腺激素含量的影響）、電生理學（如神經係統的抑製過程和腦電圖的關係）、整合生理學（如迷走神經對大腦皮質誘發性下頜運動的抑製作用）等方麵的研究工作。他發表過50多篇論文、專著，見於國內各種期刊，其主要研究方向為神經係統的軀體和內髒兩部分活動的相互關係，目的是利用係統分析的觀點研究腦幹對軀體和內髒兩方麵活動的整合作用，同時從中對迷走神經“中樞”的生理特點進行較全麵的生理分析。具體工作包括“皮膚、肌肉刺激對蟾蜍心搏影響的神經機製”、“兔迷走傳人衝動對其下頜運動的抑製”，“兔三叉傳入衝動所引起的心率減慢反射反應對減壓反射的依從性”等問題。通過這些工作發現家兔迷走神經傳入衝動對大腦皮質或由口腔刺激誘發的下頜運動和三叉神經傳人衝動引起的心率減慢均有抑製作用，家兔的心迷走中樞對麻醉藥的阻抑作用較心交感中樞和縮血管中樞敏感，三叉神經和減壓神經的傳人衝動以及胰島素對心迷走中樞均有刺激作用，迷走神經傳人衝動對心迷走中樞有抑製作用。劉曾複認為，中樞神經係統除對維持身體內環境穩態有重要作用外，其本身也有穩態的維持問題。對神經中樞應作為一個功能係統來看待，分析它的輸入、輸出和狀態。它的正常功能狀態或正常興奮性的保持也是一種穩態維持問題。神經中樞穩態的維持依賴於其所接觸的內環境的穩態和經常來自身體各處的傳人衝動的作用。中樞神經係統在其穩態基礎上進行整合作用，而整合作用的完成又使其自身能夠保持穩態。
開設定量生理學課程
為了介紹生理係統分析的發展情況，劉曾複與其合作者從1987年起先後發表了“控製理論與生理控製係統（生理和生物化學係統分析）”、“定量生理學”、“學說、實驗在生理學研究中的作用”等文章；並於1983年與歐陽楷共同開設了研究生公共課程“定量生理學”。劉曾複提出生理係統分析在生理學研究上的應用適合於從分子水平到整體水平的所有研究層次，係統分析的特點在於它的觀點，不在於所采用的簡單總和的觀點，認為生命是一種係統的特性，它在整合生理學、調節生理學、普通生理學、比較生理學等各方麵的研究中能更好地把學說和實驗、演繹與歸納、分析與綜合結合起來，計算機科學在生理係統數學模型建立和仿真上的應用將有助於這一結合的實現。
劉曾複開設“定量生理學”課程的想法是：①近百年來許多生理學工作，例如神經生理學中的電纜方程、Hodgkin－Huxley方程等，由於涉及數學和模型思想，雖然一般地能為學生所了解、默許，但不同人員對它的認識深度和評判能力頗有出入；②近些年來生物醫學工程學的教學、研究工作已在許多有關單位開展，在生物醫學工程專業正式講授生理數學模型及其所應用的數學、統計學、控製理論等基礎課程；③由於新電子學、計算機科學、係統科學的發展和應用，當今生理學工作的研究策略有一定的變化，運用新的研究策略既可發揮理論的作用，又能提高實驗的效率。
基於以上各點，今天在生理學、生物醫學工程等專業開設“定量生理學”這樣的基礎課程，講授生理學中實際應用的向量分析、偏微分方程、線性控製係統數學等基本內容，有助於學生學習生理係統分析中的數學模型建立和計算機仿真工作。他又提到“定量生理學”並不是一個新的術語或新的生理學分門，一般常說開創近代生理學的代表人物WilliamHarvey（1578—1657）建立了定量生理學，這就意味著定量是現代生理學的一個工作特征，更全麵地說，Harvey的血液循環研究包括著模型、實驗和定量三方麵的工作內容，這也正是今天生理學所研究的。當然，幾個世紀以來，生理學在工作實質上是不斷前進的。從心髒動作的水泵模型到神經傳導的鐵線模型，到Hodgkin－Huxley模型；從血液循環的解剖學實驗到兼用解剖學、物理學和化學的方法和思想來進行生理學實驗，到生理學研究中實驗——歸納與學說——演繹有機結合；從根據心輸出量的大小進行血液循環推理的算術計算到廣泛采用數學和計算技術的係統分析定量研究。這些演化充分說明了生理學研究日新月異的發展勢頭。劉曾複特別強調，對於複雜的生理係統來說，做到“好”的實驗和嚴格的定量數學模型還是很不容易的。目前定性推理正成為一些科學的新工作動向，這種方法不僅可用於複雜係統分析和定性模型的建立，而且可用於控製方法的綜合，許多學者正在嚐試對生理控製係統進行定性分析。