王玉田教授主要研究神经突触传递的可塑性，特别是突触后神经递质受体在突触后神经细胞内转运及膜表面动态表达和调节的分子机制，及其在神经系统疾病发生和发展中的作用。同时王玉田教授还致力于将理论研究的突破应用于临床医疗实践，专注于包括学习和记忆障碍，脑中风、癫痫和药物成瘾等神经系统重大疾病的机理研究和创新药物的开发。