Badania te dotyczą przede wszystkim modelowania procesów hydrologicznych, analizy danych środowiskowych oraz prognozowania zjawisk ekstremalnych.
W ostatnich latach jego zainteresowania badawcze koncentrują się również na bezpieczeństwie wodnym, odporności na skutki zmian klimatu oraz rozwiązaniach opartych na przyrodzie.
Jest autorem lub współautorem około 200 publikacji naukowych, autorem, współautorem, redaktorem lub współredaktorem 17 międzynarodowych monografii i tomów zbiorowych oraz 5 wydań specjalnych międzynarodowych czasopism naukowych. Jest twórcą i redaktorem naczelnym serii wydawniczej Springer Geoplanet: Earth and Planetary Sciences, w ramach której wydano 40 tytułów, a także członkiem rad redakcyjnych międzynarodowych czasopism naukowych z zakresu hydrologii, hydrauliki i nauk o środowisku, m.in. SpringerBriefs in Earth Sciences, Water, Publications of the Institute of Geophysics Series, Hydrological Sciences Journal, aktualnie Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics, Ecohydrology & Hydrobiology.