L'attività scientifica di Ion N. Petrovici è diretta sui diversi argomenti, come le malattie cerebrovascolari, la terapia dei tumori cerebrali maligni, la teoria della localizzazione corticale delle funzioni e - soprattutto - sui problemi speciali della Neuropsicologia (specializzazione emisferica, trasferimento interemisferico dell'informazione, l'emisfera cerebrale sinistra non-dominante ed il linguaggio, le agnosie visuo-spaziali).