Stanghelle har forsket på rehabilitering av pasienter med hjertesykdom, hjerneslag, ryggmargsskade, postpoliosyndrom og ulike bevegelseshemninger og smertetilstander. Han har vært forskningsdirektør ved Sunnaas sykehus, er redaksjonsmedlem i Journal of Rehabilitation Medicine, norsk representant i Europeisk forening for rehabiliteringsmedisin og European Academy for rehabilitation medicine, og har vært ansvarlig for undervisning av medisinstudenter i rehabilitering ved Universitetet i Oslo.