Nevéhez fűződik a több tudományterületen áttörést hozó légköri humuszképződés jelenségének felismerése és első kísérleti bizonyítása. Munkásságának másik kiemelkedő eredménye az a felfedezés, hogy a globális légkörben a beérkező napsugárzás elnyelésében a korom mellett a biomassza-égetésből származó szerves aeroszol részecskék egy csoportja (az ún. brown carbon) is fontos szerepet játszik. E témában a mainzi Max Planck Biogeokémiai Intézet igazgatójával közösen publikált közleményét a tudományterület legtöbbet idézett cikkei között tartják számon. Carbonaceous Aerosol címmel a Springer Kiadó gondozásában angolul megjelent, kínaira is lefordított 360 oldalas monográfiájában elsőként foglalta össze különböző tudományterületeken a légköri széntartalmú aeroszol részecskékkel kapcsolatban megjelent ismereteket. Nemzetközi elismertségének számos neves külföldi kutatóintézettel való szoros szakmai együttműködést és több közvetlenül elnyert EU-pályázatot köszönhet. Publikációira kapott független SCI hivatkozásainak száma (4777), és h-indexe (34) kiemelkedő. 2011-ben a Mindentudás Egyeteme 2.0 sorozat keretében tartott előadást az emberi tevékenység levegőkörnyezetre gyakorolt hatásairól, 2015-ben jelent meg Füstbe ment bolygó című tudomány-népszerűsítő könyve. Kiemelkedő kutatási eredményeiért 2014-ben a Magyar Érdemrend tisztikeresztjével, 2016-ban Veszprém megyei Prima Díjjal, 2017-ben pedig Akadémiai Díjjal tüntették ki.

Szakterülete nemzetközileg elismert, iskolateremtő, kiemelkedő egyénisége. A vulkánok működésének okát tanulmányozza a magmaképződés körülményei­től kezdve, a magmakamra folyamatokon keresztül a vulkánkitörés lefolyásáig. Új szemléletben, integrált ásványszöveti és geokémiai adatokon nyugvó petrogenetikai értelmezéssel tárja fel a vulkánkitörések előtti mélybeli folyamatokat, új modellt alkotott a térség vulkáni működésére. Munkatársaival elsőként határozta meg a Csomád-vulkán kitöréseinek idejét és a szunnyadási időszakok hosszát, rekonstruálták a magmás test kitörés előtti reaktiválódásának folyamatát, és rámutattak, hogy a vulkán alatt lehet még olvadéktartalmú magmatározó. Komplex, több tudományterületet ötvöző kutatásai új képet adtak a hosszan szunnyadó és látszólag inaktív vulkánok természetéről. Eredményeit a tudományterület vezető folyóirataiban publikálta, munkáira több mint 1200 független hivatkozást kapott. Bevezette a vulkanológia modern elméletét a geológusoktatásba. Vulkanológiaiiskolát teremtett, tehetséggondozó tevékenységét 2013-ban Mestertanári díjjal ismerték el. A 2011-ben kiadott Vulkánok c. könyvének 2015-ben jelent meg második, bővített kiadása. Nagy figyelmet fordít a tudomány-népszerűsítésre, számos ismeretterjesztő cikk írója, rendszeresen tart interaktív vulkánbemutatókat. E tevékenységét a Magyarhoni Földtani Társulat 2017-ben Lóczy-emlékplakettel ismerte el. Ötlete és megvalósíthatósági terve alapján nyílhatott meg 2013-ban a Kemenes Vulkánpark.

A vulkánmorfológia nemzetközileg elismert művelője. Ősföldrajzi kutatásai eredményesen ötvözik a geomorfológiát a vulkanológiával, a radiometrikus kormeghatározással és a paleomágnesség vizsgálatával. Vizsgálatai, melyeket eddig tíz OTKA- és FKFP-pályázat támogatott, döntően hozzájárultak vulkáni hegységeink kialakulásának tisztázásához, alátámasztva az elsődleges formák rekonstruálhatóságát. Külföldi kutatásaiból kiemelkedik Fulbright- és Humboldt-ösztöndíja, amelyek során Arizona (USA), illetve a Középső-Andok vulkánjainak felszínfejlődését vizsgálta. A 2010-es évektől nemzetközi kutatógárdát vezetve rekonstruálta Szantorini késő bronzkori (minószi kitörés előtti) domborzatát.

A legtöbb független WoS-/Scopus-idézést (560 fölött) kapott hazai természetföldrajzos kutató, összes idézése megközelíti a 800-at. Publikációinak összesített impaktfaktora 67,12. Iskolateremtő oktatói tevékenységét közel 60 diplomamunka és 9 PhD (köztük egy ecuadori és egy francia–magyar co-tutelle) témavezetése jelzi.

Tudomány-népszerűsítő munkásságából kiemelkedik a Pannon Enciklopédia Magyarország földje kötetének főszerkesztése. A Magyar Földrajzi Társaság Természetföldrajzi Szakosztályának elnöke. 2013-ban irányításával valósult meg a Kemenes Vulkánpark látogatóközpontja. 2012–2015 között a Nemzeti Kiválóság Program Magyary Kuratóriumának alelnöke volt. Az ELTE Etikai Testületének, az ELTE TTK Fegyelmi Testületének elnöke.

Főbb kutatási területei a talajtan, ezen belül a feltalaj elemtartalmának térbeli változása, a víz- és szélerózió okozta tápanyagveszteség becslése, az antropogén talajok osztályozása, valamint a talajtisztítás. Publikációi révén nemzetközileg is széles körben ismert. Eddigi munkássága során 253 közleménye jelent meg, közülük 8 könyvnek szerzője, illetve társszerzője volt. Eddig megjelent publikációira 438 független hivatkozást kapott, h-indexe 13. Számos hazai és nemzetközi projekt irányítását végezte. 2016 óta az MTA Földrajz Szakmódszertani kutatócsoport vezetője. 2017 óta tagja az MTA Közoktatási Elnöki Bizottságnak. Iskolateremtő tevékenységét jelzi, hogy irányításával több mint 100 szakdolgozat, diplomamunka és 6 PhD-disszertáció készült. Eddigi oktató és kutató munkájának elismeréseként 2007-ben Mester Tanár Aranyérmet, 2010-ben Felsőoktatásért Emlékplakettet, 2014-ben Aranykréta Díjat kapott. A szegedi talajtani iskola megteremtésével elérte, hogy hallgatói az ország számos jeles egyetemén jelen vannak. 2014 óta tagja az MTA X. Osztály Természetföldrajzi Tudományos Bizottságának, 2016-tól az Oktatási Albizottság elnöke, Eredményes közéleti tevékenységét a Magyar Földrajzi Társaság Pro Geographia Díjjal (2018) ismerte el.

A jégkorszak végi klíma- és növénytakaró-változás nemzetközileg elismert kutatója. Elsőként írt le ~1500 éves periodikus vegetációváltozásokat az utolsó eljegesedés maximumán hazánk tavi üledékeiből. Ezeket a grönlandi jégfuratok klímaciklusaival korrelálva kimutatta, hogy az észak-atlanti tengeráramlat-változásokra a Kárpát-medence éghajlata és növényzete is gyorsan reagál. Igazolta, hogy az eljegesedés végén megfigyelt rövid lehűlési időszakokban térségünket csillapított amplitúdójú klímaváltozás jellemezte. Ez tette lehetővé a mérsékelt övi flóra egyes elemeinek túlélését, amit fafajok esetében bizonyított. Igazolta, hogy a holocénben a Nagyalföld területének zömét az emberi hatások ~3000 évvel ezelőtti fokozódásáig lomblevelű erdős sztyepp borította. Kárpáti régióbeli eredményeit az európai klíma- és vegetációtörténeti rekonstrukciókba integrálta, ezzel nemzetközileg is felhívta a figyelmet a térség refúgium szerepére. Interdiszciplináris kutatásokat végzett a Déli-Kárpátok hegyvidéki tavainak üledékén; munkacsoportjával a paleoökológiai kutatási módszerek széles spektrumát alkalmazva feltárta a térség ökoszisztéma-változásait az elmúlt 15 ezer évben. Az elsők közt alkalmazott ősi DNS-vizsgálatokat populációgenetikai kérdések tisztázására, jellemezve a genetikai sokféleség válaszreakcióját a múltbeli klímaváltozásra. 93 tudományos publikációja közül 22 D1, további 21 Q1 besorolású folyóiratban jelent meg. Munkáira 892 független idézés ismert, h-indexe 23.

Tudományos eredményei a hidrogeológiai modellezési és kúthidraulikai eljárások fejlesztéséhez, a felszín alatti vízkészletek mennyiségi és minőségi védelméhez, a geotermikus energia hasznosításához, valamint az ásvány- és gyógy­vízkészletek feltárásához kötődnek. Fulbright- és egyéb neves ösztöndíjak eredményeként több éves nemzetközi kutatási tapasztalatot szerzett rangos kutatóintézetekben, többek között a Stanford Egyetemen. A határral osztott felszín alatti vízadók modellezése terén elért kutatási eredményei alapján több nemzetközi UNESCO vízgazdálkodási kurzus tartására kérték fel. A hazai vízgyűjtő-gazdálkodási tervezési folyamatban az Országos Vízgazdálkodási Tanács tagjaként vesz részt. Számos OTKA-, TÁMOP- és GINOP-, valamint több HORIZON 2020 pályázat szakmai vezetőjeként teremtett jelentős pénzügyi forrásokat nagyléptékű hidrogeológiai kutatások végzésére. A KINDRA H2020 projekt hazai vezetőjeként vett részt abban a munkában, amelynek keretében felmérték a hidrogeológiai kutatások helyzetét és jövőbeli lehetőségeit Európában. A tudományos utánpótlás képzésében jelentős szerepet játszik a Műszaki Földtudományi Karon a Mikoviny Sámuel Földtudományi Doktori Iskola vezetőjeként és törzstagjaként, valamint a BME Vásárhelyi Pál Építőmérnöki és Földtudományi Doktori Iskola Habilitációs és Doktori Tanácsa tagjaként, továbbá az MTA Földtudományi Doktori Bizottság tagjaként. Aktívan részt vesz az MTA által kezdeményezett Nemzeti Víztudományi Kutatási Program megvalósításában.

A mérnökgeológia nemzetközileg elismert, iskolateremtő egyénisége. Kutatási területe a karbonát szedimentológiától a mérnökgeológiáig terjed. A triász karbonátos rámpák, valamint a műemléki kőanyagok és habarcsok vizsgálatával nemzetközi szintű elismertséget ért el, ami több mint 1100 független hivatkozásban érhető tetten. Az utóbbi 5 évben több mint 140 publikációja jelent meg, közülük kiemelendő a Stone in Architecture (Springer) c. kötet, valamint az Engineering Geologyban megjelent, a világörökség részét képező chambordi kastély kőanyagáról készült publikációja. A Geological Society London és a Springer Kiadó gondozásában megjelent mérnökgeológiai kötetek szerkesztője volt, jelenleg négy nemzetközi folyóirat szerkesztőbizottsági tagja. A hazai és a nemzetközi tudományos közéletben is aktív szerepet tölt be, az MTA Földtani Tudományos Bizottság, az NKFIH–OTKA GEOINT zsűri, a Földtani Társulat Mérnökgeológia és Környezetföldtani szakosztály, valamint a Nemzetközi Kőzetmechanikai Társaság (ISRM) MNB és a Nemzetközi Mérnökgeológiai és Környezetföldtani Szövetség (IAEG) MNB elnöke. 12 hazai és nemzetközi projekt vezetője volt. A BME-n új, Mérnökgeológia MSc-szakirányt vezetett be. Három doktori iskola tagja, külföldi egyetemeken rendszeres doktori bíráló. Több mint 70 diplomamunka, 11 hazai és külföldi PhD- és posztdoktori kutatás témavezetője. Széchenyi Professzori Ösztöndíj, Apáczai Csere János-díj, Bolyai-plakett és Akadémiai Díj elismerésében részesült.

Eötvös Loránd munkásságának hagyományőrzőjeként a Műegyetemen iskolát teremtett az Eötvös-inga újrahasznosítása területén. A modern elektronikai és számítástechnikai lehetőségeket kihasználva az általa továbbfejlesztett Auterbal-ingával újabb méréseket végeztek a korábbi adatok fizikai geodéziai alkalmazhatóságának vizsgálatára. A görbületi gradiensek felhasználásával új módszert dolgozott ki a geoid finomszerkezetének meghatározására. Jelenleg fizikus kollégákkal a híres Eötvös-kísérlet felülvizsgálatával és újramérésével foglalkoznak. A svájci ETH Zürich munkatársaival olyan új csillagászati-geodéziai módszer és műszer fejlesztésében vesz részt, amely az eddigi tapasztalatok alapján forradalmi változások elindítója lehet a nehézségi erő pontos irányának és a geoid finomszerkezetének meghatározásában. Jelentős tudományos eredményekkel rendelkezik a nagyobb geoidanomáliák fizikai hátterének magyarázata, a geoid időbeli változása, a Föld forgási jelenségeinek vizsgálata és a földtudományi matematika területén. 2011-ben Akadémiai Díjat, 2013-ban Fasching Antal-díjat, 2017-ben Apáczai Csere János-díjat kapott. Geofizika egyetemi jegyzete kétszeres nívódíjas, éveken keresztül a BME Építőmérnöki Kar legjobb oktatója. Elnöke az MTA Geodéziai és Geoinformatikai Tudományos Bizottságának, és az MFTTT Geodéziai Szakosztályának. Számos hazai és nemzetközi szervezet (IAG, IAMG, AGU) tagja. Tudományos folyóiratok (Acta Geodaetica et Geophysica, Periodica Polytechnica) szerkesztője.