主要研究方向是多模态数据的特征提取、统计分析和融合决策系统，包括神经影像数据、医学科研和临床数据、视听数据等。

研究内容集中于脑部多模态磁共振(结构MRI, 功能fMRI, 扩散张量成像DTI, 核磁波谱MRS等)和多通道脑电(EEG)信号处理、神经信息挖掘、基于多模态信息融合的脑状态评估和预测、音频信号处理和压缩、音视频联合信息检索等，组建了清华大学电子系“多模态数据处理系统研究室” MMDPs Lab。

研究成果已经获得广泛应用：

在视听数据方面的研究成果，已经被写入音频编解码的国家标准和IEEE标准，在工业界应用。

在神经影像数据方面的研究成果，已经在医学研究和临床应用。其中“多模态神经影像数据分析系统”获得清华大学天津电子信息研究院的转化扶持。具体应用包括结合临床数据，从多模态神经影像数据中，挖掘对中枢神经系统的辅助诊断、辅助治疗评估、神经功能重塑和预后机制研究等具有显著性特征的信息。同多家医院建立了合作研究关系，分别对神经胶质瘤、脊髓脊柱损伤、脑卒中、多系统萎缩（MSA）、阿兹海默症（AD）、意识障碍等患者数据进行自动分析，研究成果直接服务于临床应用。同北京清华长庚医院联合完成的《多模态磁共振在神经康复评估中的应用研究》项目，获得了2019年度中国康复医学会科学技术奖二等奖(中康发［2019］53号)。