L'objectif principal de la recherche du Dr Dukelow est de comprendre les mécanismes du rétablissement de l'AVC et de favoriser la réadaptation post-AVC par l'utilisation de la technologie. En particulier, son laboratoire conçoit des outils d'évaluation robotique pour quantifier avec précision le dysfonctionnement sensorimoteur à la suite d'un AVC. Son équipe se concentre actuellement sur la détermination de l'importance de la proprioception et de la vision dans le rétablissement fonctionnel. De plus, l’équipe met au point de nouvelles thérapies robotiques pour les personnes victimes d'un AVC.
Le Dr Dukelow est également directeur de la recherche pour le programme de formation des résidents de la Division de la médecine physique et de la réadaptation.