翁旭初，主要研究方向为以下两方面：（1）研究文字特别是汉字加工的神经基础，近期主要关注左侧梭状回对文字加工的特异性和可塑性；（2）应用脑成像技术研究植物人、药物成瘾等神经、精神疾病的神经基础。
        翁旭初主要研究成果主要体现在以下三方面：（1）率先引进功能磁共振成像技术，建立我国第一家fMRI专业实验室，积极推动我国脑功能成像技术的发展。（2）研究认知功能，通过系列研究认为汉字加工本质上与拼音文字相似；发现小脑参与复杂运动的准备和语言意义辨别等高级认知功能；研究了海洛因成瘾者、ADHD患者、植物人的脑激活模式；在fMRI方法学、神经精神疾病研究中取得一定创新；近期从事文字加工神经基础，特别是VWFA对文字加工的作用及其功能可塑性研究。（3）发表学术论文130余篇，其中SCI收录50余篇，引用360余次，其中他引320余次，先后承担国家自然科学基金委、科技部和中科院项目12项。