Ses recherches portent sur l’interprétation d’images 3D, l’intelligence artificielle, la théorie des treillis, la morphologie mathématique, la géométrie et la topologie de la 3D discrètes, la fusion d’informations, la théorie des ensembles flous, la reconnaissance structurelle de formes, la logique et le raisonnement spatial, et l’imagerie médicale.

Isabelle Bloch a été distinguée en 2008 par la médaille Blondel, qui récompense les travaux d’exception de jeunes scientifiques.