Martha Grootenhuis is gespecialiseerd in onderzoek naar de psychosociale gevolgen van chronische ziekte op de kinderleeftijd, in het bijzonder kinderkanker. Kennis over het psychosociaal functioneren van kinderen die opgroeien met een chronische ziekte, alsook van adolescenten en jong volwassenen die zijn opgegroeid met een chronische aandoening, is nog onvoldoende voor handen. Om pediatrische psychologische zorg meer op maat aan te bieden is blijvend onderzoek nodig naar risicofactoren van het individuele patiëntsysteem en het gezin. 

De komende jaren zal Grootenhuis verder investeren om vroegtijdige herkenning van problemen te realiseren. Hierbij maakt ze in toenemende mate gebruik van webbased toepassingen. Een voorbeeld hiervan is de digitale methode KLIK (kwaliteit van leven in kaart) om systematisch de ontwikkeling van chronische zieke kinderen in beeld te brengen en hier aandacht aan te besteden in de klinische praktijk (www.hetklikt.nu). Ook zal Grootenhuis (online) interventies voor chronisch zieke kinderen verder ontwikkelen en evalueren om kinderen te helpen om te leren gaan met hun chronische aandoening.

Grootenhuis is sinds 1992 verbonden aan het Emma Kinderziekenhuis van het AMC, waar ze in 2006 hoofd onderzoek van het onderzoeksprogramma Pediatrische Psychologie werd. Ze ontving verschillende onderzoekssubsidies, onder meer van KWF Kankerbestrijding en ZonMW. Grootenhuis is oprichter en voorzitter van het Pediatric Psycho-Oncology committee van de International Society of Pediatric Oncology (SIOP).