Pim de Voogt doet onderzoek naar het vóórkomen, het gedrag en de effecten van nieuwe stoffen in aquatische ecosystemen. Hij gebruikt hoogwaardige analyseapparatuur, zoals hoge resolutie/accurate massa massaspectrometrie gekoppeld aan diverse scheidingssystemen, om de identiteit van nieuwe stoffen die in water worden ontdekt vast te stellen. Ook gebruikt hij die apparatuur om de processen die stoffen in de watercyclus ondergaan, zoals afbraak, sorptie en bioaccumulatie, te bestuderen. De Voogt kijkt in zijn onderzoek naar wat de aanwezigheid van nieuwe milieucontaminanten betekent voor water- en bodemorganismen. De combinatie van bioassays met fractionering van monsters uit het veld, die met chemische methoden worden gescheiden (effectgerichte analyse), wordt ingezet om de zoektocht naar onbekende stoffen te verbeteren.

De Voogts onderzoek naar aanwezige restanten van geneesmiddelen of verdovende middelen  in rioolwater is de laatste jaren veelvuldig in het nieuws geweest. Evenals zijn werk aan perfluorverbindingen, stoffen die onder andere papier, textiel  en leer van water- en vuilafstotende eigenschappen voorzien maar die uiteindelijk via milieu en ons dieet in ons bloed blijken voor te komen.

De Voogt is sinds 1992 verbonden aan de UvA. Sinds 2008 is hij bijzonder hoogleraar Chemie van (emerging) watercontaminanten aan het Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica (IBED) van de UvA. Daarnaast is De Voogt werkzaam als hoofdonderzoeker bij de sectie Chemische Waterkwaliteit en Gezondheid van KWR Watercycle Research Institute. Hij is momenteel lid van SCHER, het Scientific Committee for Health and Environmental Risks van de  Europese Unie. Eerder was hij lid van verschillende werkgroepen van de Gezondheidsraad en van de Technische commissie Bodem (TCB).