Zainteresowania naukowe choroba Parkinsona – opracował doświadczalny model choroby, badał różne metody leczenia, zwłaszcza domózgowego przeszczepu płodowej istoty czarnej. Opracował (wraz z prof. Mirosławem Ząbkiem) metody leczenia osób chorych na chorobę Parkinsona przy pomocy wszczepiania do mózgu pacjentów płodowej istoty czarnej produkującej dopaminę, choroby naczyniowe i naczyniopochodne mózgu, padaczka ludzka, wpływ alkoholu na ośrodkowy układ nerwowy, genetycznie uwarunkowane choroby ośrodkowego układu nerwowego, prowadził także badania nad chorobą Creutzfeldta-Jakoba, chorobą Alzheimera i podostrym twardniejącym zapaleniem mózgu.
Autor lub współautor książek Mossakowski M.J., Dymecki J., Wender M. (red.), Podstawy neuropatologii, PZWL, Warszawa 1981 Dymecki J., Kulczycki J. (red.), Neuropatologia kliniczna, IPiN, Warszawa 1997 Dymecki J., Kulczycki J., Neuropatologia, Urban & Partner, Wrocław 2005 Dymecki J., Wspomnienia starego lekarza dla wnuków i prawnuków spisane, Wydawnictwo Aluna, Warszawa 2011 Dymecki J., Wspomnienia starego lekarza dla wnuków i prawnuków spisane (wydanie drugie poprawione i uzupełnione), Wydawnictwo Aluna, Warszawa 2013