Pieter Roelfsema is een vooraanstaande neurobioloog. Zijn onderzoeksfocus ligt bij de wisselwerking tussen hersengebieden tijdens denkprocessen. Hij onderzoekt hoe de hersenschors visuele objecten creeert uit de beeldelementen die worden geregistreerd door het oog. Een belangrijk toepassingsgebied van kennis over wisselwerking tussen hersengebieden ligt bij de deep-brain stimulation, waar met een pacemaker de hersenactiviteit van patiënten met neurologische en psychiatrische ziektebeelden wordt beïnvloed.

Roelfsema is sinds 2007 directeur van het Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen, een instituut van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen. In 2005 werd hij benoemd als bijzonder hoogleraar aan de Vrije Universiteit in Amsterdam. Roelfsema is elected member van de International Neuropsychological Society. Hij ontving in 2008 een VICI-subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek. Roelfsema heeft gepubliceerd in (vak)tijdschriften als Nature, Science, Nature Neuroscience en Neuron.