以后，他的工作主要集中在逻辑学方面。在哲学逻辑方面，他的研究专注于蕴涵及判断学说，并在一定程度上受到了弗朗兹·布伦塔诺、弗雷格和胡塞尔先前工作的影响；在数理逻辑方面，他致力于创设直觉类型论作为数学的构造性基础。马丁-洛夫在类型论方面的工作深深地影响了计算机科学、尤其是后世编程语言理论的发展。佩尔·马丁-洛夫是斯德哥尔摩大学的校友。直到2009年退休前，他一直担任斯德哥尔摩大学的数学和哲学学院的联合主席这一职务。他的长兄安德斯·马丁-洛夫（）是斯德哥尔摩大学的数理统计学荣誉教授；两人曾在概率论和数理统