Analyse phylogénétique, biostatistique, bioinformatique, phylogénomique, métagénomique, choréogénétique, microbiome humain, génétique des populations, réseaux complexes, théorie de l’évolution, espèces menacées, mammalogie, herpétologie, biologie de la conservation, bioart, art génétique, performance, art corporel, interdisciplinarité art/science.

Pierre Legendre étudie les processus qui déterminent la composition des communautés d'organismes vivants. Il a grandement contribué à l’essor de l’« écologie numérique ». Faisant autorité dans ce domaine, il collabore avec des chercheurs de partout dans le monde.