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.

Nos recherches visent à quantifier la manière dont le fonctionnement des écosystèmes aquatiques réagit aux changements globaux. Plus précisément, nous nous concentrons sur le cycle biogéochimique de l'azote, du phosphore et du carbone, et nous caractérisons la façon dont les plantes, les organismes, les activités humaines et le climat dans différents paysages modifient les stocks et les flux de ces éléments et influencent la qualité globale de l'eau. Notre travail vise à fournir des orientations en comprenant les différents points de contrôle biogéochimique pour la protection à long terme de nos écosystèmes aquatiques et les services écosystémiques qu'ils fournissent.