L’attività di ricerca si è concentrata dapprima sulla dinamica dei fluidi geofisici, sulla dinamica dei fluidi auto-gravitanti, sui processi di pattern formation in sistemi naturali e sul comportamento dei sistemi caotici, utilizzando metodi di analisi dati, modelli concettuali e simulazioni numeriche. Dal 2000, l’attenzione si è focalizzata sempre più sulla dinamica del clima planetario, sulle interazioni fra geosfera e biosfera e sugli impatti dei cambiamenti climatici su ciclo dell’acqua, incendi e processi eco-idrologici. Recentemente, si è dedicato sullo studio della “Critical Zone”, lo strato vivente fra il fondo dell’acquifero superficiale e la cima della vegetazione che include le falde, il suolo e gli organismi che lo abitano, la vegetazione, e tutti i processi fisici, chimici, geologici, geomorfologici e biologici che controllano l’alterazione delle rocce, i cicli biogeochimici e il funzionamento degli ecosistemi terrestri. Collabora con il Parco Nazionale Gran Paradiso, con cui ha promosso la creazione del primo osservatorio di Critical Zone italiano all’altopiano del Nivolet. Ha pubblicato più di 180 lavori su riviste internazionali (ISI) ed è stato relatore di più di venti tesi di Dottorato di Ricerca.