Les recherches de Pierre Brunel ont porté principalement sur l'écologie et les structures de communautés suprabenthiques marines des côtes canadiennes de l'Atlantique, l'inventaire et la biogéographie de la faune des invertébrés marins du golfe et de l'estuaire du Saint-Laurent ou encore l'alimentation et les migrations de la Morue de Gaspé. Il est l'auteur de nombreuses publications tels que des articles mais aussi des monographies sur ces sujets.