Prowadzi badania nad metabolizmem rzecznym oraz wymianą gazów pomiędzy wodą i atmosferą, analizując wpływ procesów hydrologicznych na funkcjonowanie ekosystemów wodnych. Zajmuje się również problematyką jakości wód, transportu ciepła i zanieczyszczeń oraz oceną skutków zmian klimatu dla środowiska wodnego.
Znaczącą część jego dorobku stanowią badania dotyczące transportu rumowiska rzecznego, procesów erozji i sedymentacji oraz oddziaływania roślinności na przepływ wód. Badania ruchu pojedynczych ziaren w przepływie turbulentnym, zapoczątkowane już w pracy doktorskiej – doskonalenie modeli lagranżowskich ruchu cząstek stałych w przepływach rzecznych przyniosły znaczne polepszenie możliwości opisu ruchu rumowiska. Prace te znalazły zastosowanie w hydraulice środowiskowej, gospodarce wodnej oraz ochronie rzek.
Istotnym obszarem jego działalności naukowej jest rozwój metod modelowania procesów środowiskowych z wykorzystaniem metod statystycznych oraz narzędzi sztucznej inteligencji, w tym sieci neuronowych i algorytmów optymalizacyjnych.