寒冷や乾燥、強い紫外線など、極地の陸上は生物の生存にとって、地球上の一つの極限環境です。そのような極限環境にみられる現在の生物の多様性の実態把握と変遷に関する研究に取り組んでいます。また、生物の生活史や生理・代謝などの極限環境への適応の解明を通じ、極地での生態系の成り立ちや生態系自体が担う物質循環やエネルギー移送など、地球環境変化に伴って変遷してきた、あるいは今後変遷していく姿を解明しようとしています。極地の地表の土壌・植物（蘚類や地衣類）、南極の湖沼に繁茂・発達し、堆積されてもいる蘚類（コケボウズ群落などを構築する水棲蘚類）・微生物群集の侵入定着、生物多様性の遷移現象や現状、その周辺環境が研究対象です。

北極域では、1992年以降、ノルウェー・スバールバル諸島にあるニーオルスン基地やカナダ北極域を中心に、植生、植物の生理生態、微生物生態、物質循環などの視点から、生物多様性や生態系の構造と機能を明らかにしてきています。炭素循環研究では、プロセスベースの炭素循環モデルを構築し、温暖化の影響を予測しています。カナダ北極域では、2002年以降、北緯55°～83°に渡るトランゼクトを設け、生物多様性と生態系機能に関する研究を進めています。近年はノルウェー北極大学、オランダフローニンゲン大学、カナダのラバル大学やケベック大学、チェコの南ボヘミア大学やドイツのアルフレッドウェゲナー研究所などとの国際共同研究も実施しています。

人間の眼では直接見ることの難しい大型の海洋動物（魚類、ペンギンを含む海鳥類、アザラシ類）の行動・生態を、データロガーを対象動物に取り付けて調べるバイオロギング手法によって明らかにしてきました。得られる情報は、潜水動物の行動を理解する上で基礎となる深度に加え、海上の位置、加速度、速度、地磁気による三次元移動経路、水中の画像など多岐にわたります。これらをもとに、移動経路と行動圏、水中・空中の運動性能や消費エネルギー、採餌、長距離渡り、環境利用パターン、種内・種間競争の実態などを明らかにし、高緯度域の海洋生態系の高次栄養段階ではたらく生態的機能とそのメカニズムを明らかにしてきました。近年では数週間～1年間にわたる移動経路や潜水行動パターンも取得できるようになり、それらを長期間蓄積してその経年変動を分析することで、海氷環境や水温環境の長期変化によって、海洋生態系の高次捕食者が行動や栄養の面でどのような影響を受けているか、生態的メカニズムを明らかにしようとしています。

動物の行動そのものだけではなく、彼らが利用した海洋環境を計測するという観点からもバイオロギング手法を用いた研究を実施しています。最大900mまで潜るウェッデルアザラシに取り付けた衛星発信型のCTDロガーによって海中の塩分と水温を計り、これまで他の手段では調べることの難しかった冬期の南極海沿岸域の海水の動きを明らかにしました。さらに、南極や北極の、異なる地域や年、種で取得された様々なバイオロギングデータを集積する国際的な取り組みにも参画し、高緯度域での国際的な高次捕食者観測ネットワークの構築にも貢献しています。