Dekkers vakgebied is de moleculaire biofysica, waarmee hij zich beweegt op het grensvlak van de natuurkunde en de biologie en hij ook gebruik maakt van nanotechnologie. Zo heeft hij fundamentele ontdekkingen gedaan op het gebied van koolstof nanobuisjes. Momenteel onderzoekt hij met enkel-molecuultechnieken de biofysica van moleculen in de biologische cel.

Vanwege zijn grote wetenschappelijke verdiensten werd hij in 1999 benoemd tot Antoni van Leeuwenhoek-hoogleraar. In 2006 werd hij universiteitshoogleraar bij de Technische Universiteit Delft. Dekker is naast zijn wetenschappelijk werk ook bekend vanwege zijn belangstelling voor
de relatie tussen geloof en wetenschap en de discussie rond intelligent design.