Daarbij is hij met name gericht op de audiovisuele integratie van ruimtelijke, temporale, fonetische en emotionele informatie. Hij onderzoekt zowel 'normale' proefpersonen als patiënten die bijvoorbeeld blind of schizofreen zijn. In zijn onderzoek heeft Vroomen onder andere aangetoond dat mensen 'horen met hun ogen': als iemand een klank uitspreekt die niet goed te horen is, helpt de beweging van zijn mond ons om te begrijpen welke klank we horen.