Działalność naukowa Kariera naukowa Ramachandrana rozwijała się dwiema równoległymi ścieżkami: jedna dotyczyła badania percepcji wzrokowej przy użyciu metod psychofizyki, a druga – związana z neurologią – dotyczyła głównie badania niektórych zespołów neurologicznych. Wprowadził zastosowanie wizualnego sprzężenia zwrotnego do leczenia bólu kończyn fantomatycznych (pudełko ze zwierciadłem), rehabilitacji poudarowej i zespołu algodystroficznego. Jest także znany z powodu swoich eksperymentów i teorii (przeprowadzanych wspólnie z Edwardem Hubbardem i Davidem Brangiem) w dziedzinie synestezji. Ostatnio zajmuje się także autyzmem. Jest jednym z pionierów: neuroestetyki.
Opublikował ponad 180 prac w czasopismach naukowych. Dwadzieścia z nich pojawiło się w „Nature”, a inne w „Science”, „Nature Neuroscience”, „Perception and Vision Research”. Jest autorem bardzo dobrze przyjętej książki Phantoms in the Brain, przetłumaczonej na 9 języków. Na treściach w niej zawartych oparto dwuczęściowy film BBC Four oraz jednogodzinny program PBS Special w USA. Jest redaktorem Encyklopedii Ludzkiego Mózgu (2002) i współautorem ukazującej się co dwa miesiące rubryki w „Scientific American Mind” pt. „Illusions”.