Jan-Åke Gustafssons forskning var inriktad på interaktioner mellan substanser i födan, hormoner, cellreceptorer, arvsmassan och ämnesomsättningen. Framför allt gjorde Gustafsson och hans medarbetare upptäckter beträffande nukleära receptorer. Gustafsson identifierade bland annat en tidigare okänd receptor för östrogenhormoner (östrogenreceptorn beta), vilket medförde ny kunskap om östrogenernas effekter hos kvinnor och män.