Tove Pettersens forskningsfelt er feministisk filosofi, moralfilosofi og filosofihistorie. Hun har spesialisert seg på feministisk etikk, med særlig vekt på omsorgsetikk og Simone de Beauvoirs eksistensfilosofiske etikk. Pettersen arbeider også med feministisk filosofihistorie, og var fagansvarlig for utstillingen «Filosofiens Annet Kjønn», som ble vist på Universitetsbiblioteket 2009-2010. Hun har publisert bøker og en rekke artikler innenfor sitt felt, både nasjonalt og internasjonalt. I 2012 fikk Pettersen prisen for «måten hun har utfordret mange gjengse oppfatninger i og rundt filosofi, og for at hun engasjert og presist har brakt kvinners liv og kvinners erfaringer inn i arbeidet med å forstå og gi innhold til mange av de viktigste begrepene vi mennesker bruker for å forstå oss selv og vårt forhold til andre».