Van Honk bestudeert de invloed van hormonen op sociaal gedrag en de hersenen, en onderzocht onder meer de rol van testosteron op de ontwikkeling van empathie. Daarnaast richt hij zich op het ontwikkelen van innovatieve biologische methoden voor de behandeling van sociale angststoornissen en psychopathie. Hij is de projectleider van het onderzoek van de Universiteiten van Cape Town en Stellenbosch naar de Urbach-Wiethe disease, een zeldzame genetische afwijking met als gevolg selectieve schade in de amygdala, het sociaal-emotionele centrum van het brein.

Van Honk heeft meer dan 130 artikelen gepubliceerd in internationale topvaktijdschriften van verschillende wetenschappelijke disciplines. Ook verscheen zijn onderzoek meermaals in de Volkskrant.

In 1999 promoveerde van Honk met interdisciplinair onderzoek in de psychologie en de neurowetenschappen aan de Universiteit Utrecht.