Fred Brouwer gebruikt licht om chemische reacties aan te drijven en te bestuderen. Zijn onderzoek naar door licht aangedreven moleculaire machines is zeer succesvol. Met experimenten waarbij moleculen worden ingezet als lichtgevende ‘nano-spion’, geeft Brouwer inzicht in de eigenschappen van materialen als polymeren. In samenwerking met fysici gebruikt hij dergelijke moleculen om de krachten tussen deeltjes te meten met hoge ruimtelijke resolutie.

Brouwer doet - in het kader van het nationale programma BioSolar Cells - tevens onderzoek naar het opslaan van zonne-energie in de vorm van brandstoffen. Dit onderzoek speelt ook een grote rol in het initiatief Solardam, waarin fysici en chemici van de UvA, de VU en het FOM-instituut Amolf hun krachten bundelen om onderzoek naar de winning van zonne-energie te versterken. Hoewel kunstmatige fotosynthese in theorie veel efficiënter kan zijn dan fotosynthese in planten, is het een enorme uitdaging om een dergelijk complex systeem stabiel en efficiënt te laten werken. Dit onderwerp staat de komende jaren dan ook hoog op Brouwers onderzoeksagenda.

Brouwer is sinds 1987 werkzaam bij de afdeling Scheikunde van de UvA, eerst als universitair docent en sinds 1993 als universitair hoofddocent. Van 2006 tot 2011 was hij tevens bijzonder hoogleraar Molecuulspectroscopie aan de UvA. In 2008 won hij de Descartesprijs van de Europese Unie. In 2009 was hij gasthoogleraar aan de Ecole Normale Supérieure de Cachan. Brouwer is actief in commissies en projecten van de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Ook is hij lid van de redactieraad van het International Journal of Spectroscopy. Brouwer heeft een lange lijst met publicaties op zijn naam staan in wetenschappelijke tijdschriften als Science, Angewandte Chemie en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).