Theo Gevers doet onderzoek op het gebied van computer vision. Hij houdt zich bezig met theorieën en methoden die essentieel zijn voor computers om beelden en video’s te analyseren en te begrijpen. Hiervoor maakt hij gebruik van verschillende technieken zoals kleuranalyse, aangezien kleur een belangrijke eigenschap is voor het herkennen van objecten. Computers zoeken hierbij naar kleurconstantheid en invariantie in objecten in grote visuele datasets. Een andere pijler binnen het onderzoek van Gevers is het bestuderen van menselijke gedrag in video’s. Zo wordt in video’s door middel van algoritmes automatisch bepaald waar iemand naar kijkt, wat de leeftijd is, welke houding iemand aanneemt en of iemand echt of nep lacht. Uit gezichtsexpressies kan worden bepaald of iemand blij, verbaasd of boos is (emotieherkenning). Recentelijk richt Gevers zich in zijn onderzoek op de mogelijkheden van de reconstructie van objecten in 3D: enerzijds het 3D-inscannen van objecten (mensen, dieren, tafels, stoelen) en ruimtes (kamers, appartementen), anderzijds het 3D-printen van deze objecten. Met behulp van nieuw ontwikkelde algoritmen is het inmiddels mogelijk om in 3D objecten te reconstrueren in real time. De 3D-modellen worden vervolgens verder gebruikt voor indexering, 3D-object-herkenning en 3D-printen.

Gevers is als universitair hoofddocent Computer Science verbonden aan de UvA. Hij is tevens medeoprichter van Sightcorp bv, een spin-off bedrijf van de UvA dat gespecialiseerd is in computer vision-technologie, gezichtsanalyse en emotieherkenningstechnologie. Ook is hij initiator van 3Duniversum, een bedrijf dat software levert voor 3D-object-scanning en 3D-printen. In 2007 ontving Gevers een VICI-subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek. Hij was ICREA Full Professor in Barcelona. Gevers publiceerde in tal van vooraanstaande wetenschappelijke tijdschriften zoals IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, The International Journal in Computer Vision en IEEE Transactions on Image Processing. Verder schreef hij het boek Color in Computer Vision.