Van den Heuvel doet onderzoek naar de connecties in de hersenen om zo het human connectoom, het breinequivalent van het humane genoom, in kaart te brengen.

Dit betekent dat Van den Heuvel onderzoek doet naar de connecties in de hersenen. Hij brengt in kaart - zoals bij een wegenkaart - hoe verbindingen lopen. Van den Heuvel maakt de connecties zichtbaar met behulp van DWI en fMRI, welke speciale MRI-technieken zijn. Samen met internationale collega's probeert hij te ontdekken wat de rol van onze hersenen zijn in ons cognitief gedrag en in wie wij zijn. Hiermee hopen ze betere voorspellingen te kunnen doen over hoe deze connecties tot hersenaandoeningen kunnen leiden.