Antheunis richt zich in haar onderzoek op de impact van technologie op interpersoonlijke communicatie, met name gericht op effecten van online communicatie op ons sociaal leven. Ze onderzoekt onder andere hoe mensen met elkaar communiceren, en de werking van social media op onze vriendschappen en andere sociale contacten.

Antheunis pleit voor een nieuwe definitie van vriendschap in digitale tijden. Uit haar onderzoek blijkt dat meer digitale contacten leiden tot een grotere verbondenheid tussen mensen. Haar promotieonderzoek toont aan dat mensen elkaar aardiger vinden wanneer ze online kennismaken dan wanneer ze dit face-to-face doen.

Daarnaast richt Antheunis zich op de inzet van nieuwe technologieën in gezondheidscommunicatie. Recentelijk is ze een project gestart dat onderzoek doet naar hoe we communiceren met chatbots.

Antheunis is tevens directeur van de opleiding Communicatie- en Informatiewetenschappen aan de Universiteit van Tilburg.