Wouter de Jonge houdt zich bezig met onderzoek naar de neurale netwerken van het maagdarmstelsel, in het bijzonder de mechanismen die  buikklachten of verstoorde darmmotiliteit (beweeglijkheid van de darm) veroorzaken. Hierbij bestudeert hij ziekten zoals ileus (belemmerde darmpassage), refluxziekte en prikkelbaar darmsyndroom. In zijn onderzoek concentreert De Jonge zich met name op de interactie tussen zenuwcellen en het immuunsysteem, bijvoorbeeld de rol van ontstekingen bij het ontstaan van pijnklachten bij patiënten met afwijkingen in de darmmotiliteit. Verder richt De Jonge zich in zijn onderzoek op de achtergrond van de verstoorde mucosale immuniteit (afweer van het darmslijmvlies) in inflammatoire darmziekten als colitis ulcerosa. In nauwe samenwerking met industriële partners poogt hij een vertaling naar de klinische praktijk te maken waarin nieuwe medicijnen bij patiënten kunnen worden getest.

Binnen zijn leeropdracht is een belangrijke plaats ingeruimd voor onderwijs en wetenschappelijke vorming, zowel binnen de opleiding Geneeskunde als Biomedische wetenschappen.

De Jonge is sinds 2008 werkzaam als universitair docent en hoofdonderzoeker bij de afdeling gastroenterologie en hepatologie van het Academisch Medisch Centrum Amsterdam, sinds 2012 is hij universitair hoofddocent aan het Tytgat Institute voor lever- en darmonderzoek van het AMC. De Jonge verwierf verschillende subsidies, onder meer een Vidi-subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en een FP7 Marie Curie beurs van de Europese Commissie.  Hij werd in 2010 verkozen tot ‘Rising Star in Gastroenterology’ door de United European Societies for Gastroenterology. De Jonge heeft  vele publicaties in toonaangevende wetenschappelijke tijdschriften op zijn naam staan. Zo publiceerde hij onder andere in Gastroenterology, Journal of Clinical Investigation en Nature Immunology. Hij is tevens lid van de wetenschappelijke adviesraad van de Maag Darm Leverstichting.