Je autorem teorie zamrzlé plasticity, kterou později rozšířil na teorii zamrzlé evoluce. V evoluční parazitologii se zaměřuje na takzvanou manipulační hypotézu, v rámci které se svým týmem studuje prvoka ''Toxoplasma gondii'', za tento výzkum v roce 2014 dostal jeho tým společně s týmem z University of MichiganIg Nobelovu cenu. K dalším oblastem jeho vědeckého zájmu patří mimo jiné výzkum Rh faktoru, role peptických slovníků v koevolučním zápase parazitů s hostitelem, schizofrenie nebo virologie. Je autorem internetového projektu občanské vědy „''Pokusní králíci''“, zabývajícího se především dotazníkovými šetřeními; jedním z těchto šetření je patrně zatím nejrozsáhlejší český sexuologický výzkum zahrnující 65 tisíc osob.
Věnuje se též popularizaci vědy, o svém výzkumu přednáší pro širokou veřejnost, je členem redakční rady časopisu Vesmír. Píše blogy, aktivní je na Facebooku a síti X.
