Carsten Dominik doet onderzoek naar de vorming en evolutie van sterren en planeten. Hij houdt zich vooral bezig met de structuur en evolutie van protoplanetaire schijven rond jonge sterren. Deze schijven zijn de geboorteplaatsen van nieuwe planeten, zogenoemde exoplaneten, buiten ons eigen zonnestelsel.

Dominik doet onder meer onderzoek door waarneming met grote telescopen als de Herschel space telescope. Onder leiding van Dominik is, in samenwerking met ETH Zürich, een belangrijk deel van een nieuw instrument (SPHERE, bedoeld voor de studie van planeten en schijven) gebouwd voor de Very Large Telescope (VLT) in Chili. In zijn onderzoek focust hij zich op numerieke modelberekeningen om de evolutie van protoplanetaire schijven te analyseren en de vorming van nieuwe planeten na te bootsen en te bestuderen. De zoektocht naar aardachtige planeten gaat in de toekomst steeds meer samenwerking met andere disciplines zoals aardwetenschappen en studies van planeetatmosferen vragen. Het bevorderen van deze samenwerking zal een belangrijk speerpunt van Dominiks werk aan de UvA worden.

Dominik is sinds 1999 verbonden aan het Sterrenkundig Instituut Anton Pannekoek van de UvA. Daarnaast is hij bijzonder hoogleraar Exoplaneten aan de Radboud Universiteit Nijmegen. Dominik is coördinator van het netwerk Vorming en evolutie van sterren en planeten bij Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA). Hij heeft tal van wetenschappelijke publicaties op zijn naam staan, onder meer in Nature, Science, Astronomy and Astrophysics en The Astrophysical Journal.