Kleinherenbrink richt zich in zijn onderzoek op de vraag wat er is. Hij stelt vragen als: Waar bestaat de realiteit uit? Hoe kunnen we dat het beste conceptualiseren? En hoe moeten we onze eigen plaats in die realiteit begrijpen?

Daarnaast werkt hij aan meer antropologisch-filosofische vragen over hoe mensen een realiteitszin 'voor zichzelf' construeren, bijvoorbeeld door middel van de verhalen die ze vertellen, de dingen die ze maken en de manier waarop ze hun identiteit vormgeven.

Kleinherenbrinks recentste boek is De constructie van de wereld (2022), over de filosofie van Bruno Latour. Eerder schreef hij Avonturen bestaan niet (2018, met Simon Gusman) en Alles is een machine (2017).