En concreto, sus líneas principales de investigación son la dinámica no lineal de ondas en óptica y la luz estructurada y compleja, trabajando también en otras líneas como la luz lenta o superlumínica y, en mecánica cuántica, en el efecto Zeno. En la dinámica no lineal en óptica ha descrito distintos tipos de solitones y otras estructuras luminosas no lineales, disipativas o no, y sus problemas de estabilidad e inestabilidad. En la luz estructurada y compleja estudia el entrelazamiento de todos los grados de libertad de la luz como son la intensidad y la fase, tanto en el espacio como en el tiempo, estados de polarización distribuidos y el momento angular de la luz, formando complejas estructuras de luz que se logran sintetizar actualmente en laboratorios, dada su utilidad en campos que trascienden la física, como la astronomía, la biología y la medicina.