Petersen studeerde theoretische natuurkunde en wetenschapsfilosofie aan de VU Amsterdam en is gepromoveerd aan de UU op een proefschrift over convectie en chemie in de atmosferische grenslaag en aan de VU Amsterdam op een proefschrift over omgaan met simulatieonzekerheid. Hij publiceerde over deze onderwerpen in wetenschappelijke tijdschriften. Ook is hij co-redacteur van Sharing the Planet (2003), Niet bang voor onzekerheid (2003), Remember Your Humanity (2005) en A World without War (2006).