Dr Larkum keskendub oma ingliskeelses loengus "A cellular mechanism for cortical binding with implications for conscious perception" ajukoore püramiidrakkude töömehhanismidele, nende rollile taju- ja teadvusprotsessides ning vaatleb, kuidas need mehhanismid osalevad suuremates närvivõrgustikes viimaste alusmoodulitena.
Matthew Larkum on maailma juhtivaid spetsialiste kaltsiumiioonide vahendatud dendriidispaikide alal. Tema uurimisteemade ring on mitmekülgne. Sinna alla kuuluvad: neurobioloogia, aju rakubioloogia, närvivõrgud ja neurokomputatsioon, ajukoore püramiidrakkude dendriitide bioelektriliste protsesside uurimine, anesteetikumide mõju rakutaseme protsessidele, optiliste meetodite arendamine ja rakendamine kortikaalsete neuronite aktiivsuse uurimiseks (sj in vivo), tajunähtuste modelleerimine mikrovõrgustike aktiivsuse abil. Inimkatsed, loomkatsed; uurimused in vivo, in vitro, in silico.