Τα ερευνητικά ενδιαφέροντα του Ντέιβις είναι η θεωρητικη φυσική, η κοσμολογία και η βιοαστρονομία/αστροβιολογία. Οι έρευνές του αφορούν κυρίως την κβαντική θεωρία πεδίου σε καμπυλωμένο χωρόχρονο. Οι αξιοσημείωτες συνεισφορές του είναι το λεγόμενο φαινόμενο Fulling-Davies-Unruh[13], δηλαδή ότι ένας παρατηρητής που επιταχύνεται μέσα στον κενό χώρο θα δέχεται θερμική ακτινοβολία επαγόμενη εκ της επιταχύνσεώς του, καθώς και το λεγόμενο «κενό Bunch-Davies», μια κατάσταση χρησιμοποιούμενη συχνά ως βάση για την ερμηνεία των μικρών διακυμάνσεων κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, του υπολείμματος της Μεγάλης Αρχικής εκρήξεως («Μπιγκ Μπανγκ»). Μια εργασία των Πωλ Ντέιβις, Στήβεν Φούλινγκ (Stephen A. Fulling) και Γουίλιαμ Ούνρουχ ήταν η πρώτη που υπεστήριξε ότι οι μαύρες τρύπες που εξατμίζονται δια της ακτινοβολίας Hawking χάνουν μάζα ως αποτέλεσμα μιας ροής αρνητικής ενέργειας που εισέρχεται στο εσωτερικό τους από τον περιβάλλοντα χώρο. Ο Ντέιβις συνδέεται επίσης με το πρόβλημα του βέλους του χρόνου και έχει αναδείξει το μυστήριο της λεγόμενης '«σκοτεινής ενέργειας» ως ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα της θεμελιώδους επιστήμης.[14]. Υποστηρίζει την επιστημονική έρευνα και την ανάπτυξη της κατάλληλης τεχνολογίας προκειμένου να αποτραπούν τυχόν μελλοντικές συγκρούσεις αστεροειδών με τη Γη, που θα απειλούσαν τον ανθρώπινο πολιτισμό ή και την ίδια την ύπαρξη της ανθρωπότητας.[15] Κατά τη διάρκεια της παραμονής του στην Αυστραλία βοήθησε στην ίδρυση του «Αυστραλιανού Κέντρου Αστροβιολογίας».
Μαζί με τη Φελίζα Γουλφ-Σάιμον δημοσίευσαν το 2011 στο περιοδικό Science το άρθρο «Ένα βακτήριο που μπορεί να αναπτύσσεται χρησιμοποιώντας αρσενικό αντί του φωσφόρου».[16] Το επόμενο έτος ωστόσο δημοσιεύθηκαν στο ίδιο περιοδικό αναφορές που αναιρούσαν τις σημαντικότερες πλευρές των αρχικών αποτελεσμάτων.[17] και σήμερα πλέον η επιστημονική κοινότητα θεωρεί αποδεδειγμένο ότι το DNA του βακτηρίου GFAJ-1 δεν περιέχει καθόλου αρσενικό[18][19][20][21].
Ο Ντέιβις έγραψε πολλά βιβλία και έγινε γνωστός ως σχολιαστής πάνω σε επιστημονικά και φιλοσοφικά θέματα. Δημιούργησε μια σειρά για τον ραδιοφωνικό σταθμό BBC Radio 3 και δύο αυστραλιανές τηλεοπτικές σειρές, τη The Big Questions και τη More Big Questions. Το ντοκιμαντέρ του BBC The Cradle of Life (= «Το λίκνο της ζωής») βασιζόταν στη διάλεξή του όταν είχε τιμηθεί με το Βραβείο Faraday. Γράφει τακτικά σε εφημερίδες και περιοδικά σε αρκετές διαφορετικές χώρες. Επίσης υπήρξε καλεσμένος σε πολυάριθμα ραδιοφωνικά και τηλεοπτικά προγράμματα.
Το 2007 ένα άρθρο του με τίτλο «Taking Science on Faith» στους New York Times[22] προκάλεσε συζητήσεις, καθώς εξερευνούσε τον ρόλο της θρησκευτικής πίστεως στην επιστημονική διερεύνηση. Ο Ντέιβις υπεστήριξε ότι η πίστη που έχουν οι επιστήμονες στο αιώνιο και το αναλλοίωτο των φυσικών νόμων έχει ρίζες στη χριστιανική θεολογία, και ότι ο ισχυρισμός ότι η επιστήμη είναι «ελεύθερη πίστεως» είναι «προφανώς ψευδής».[22] Η ένωση διανοουμένων των θετικών επιστημών «Edge Foundation» παρουσίασε μια κριτική του άρθρου αυτού συνταγμένη από γνωστούς επιστήμονες, όπως τον Τζέρυ Κόυν, τον Λώρενς Κράους, τον Π.Ζ. Μάγιερς, τον Λη Σμόλιν και τον Άλαν Σόκαλ και άλλους.[23] Εξάλλου, άθεοι επιστήμονες όπως ο Ρίτσαρντ Ντόκινς[24] και ο Βίκτορ Στένγκερ[25] έχουν επικρίνει τη δημόσια στάση του Ντέιβις πάνω στη σχέση θρησκείας και επιστήμης.
Απόρροια των δημόσιας παρουσίας του Ντέιβις είναι οι αρκετές αναφορές προς αυτόν σε βιβλία και εκπομπές. Π.χ. το μυθιστόρημα Naive, Super (1996) του Νορβηγού συγγραφέα Έρλεντ Λου αναφέρεται συχνά στον Ντέιβις, ενώ αναφορές υπάρχουν και στο μυθιστόρημα The Extinction Machine (2013) του Αμερικανού συγγραφέα Τζόναθαν Μάμπερυ (Jonathan Maberry). Στο τρίτο επεισόδιο της πρώτης περιόδου της σειράς Lawrence Leung's Unbelievable, ο Αυστραλιανός κωμικός L. Leung παίρνει συνέντευξη από τον Ντέιβις σχετικώς με το θέμα των απαγωγών από εξωγήινους.
1995: About Time: Einstein's Unfinished Revolution, Penguin Books, Simon & Schuster, ISBN 0-670-84761-5
1998: The Fifth Miracle: The Search for the Origin and Meaning of Life, Simon and Schuster, Νέα Υόρκη, ISBN 0-684-83799-4
Σε ελληνική μετάφραση: Το πέμπτο θαύμα:Η έρευνα για την προέλευση της ζωής, μετάφρ. Νικόλαος Σταμάτης, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, Πάτρα 2000, ISBN 978-960-530-039-5
2007: The Goldilocks Enigma, επίσης υπό τον τίτλο Cosmic Jackpot, Houghton Mifflin Harcourt, ISBN 0-14-102326-0
Σε ελληνική μετάφραση: Συμπαντικό τζακ-ποτ, μετάφρ. Γιώργος Χρηστίδης, εκδ. «Αβγό», Αθήνα 2007, ISBN 978-960-410-479-6, σελίδες 411
2008: Κεφάλαιo 1 στο Quantum Aspects of Life (επιμ. Derek Abbott, Paul C.W. Davies και Arun K. Pati, πρόλογος του σερ Ρότζερ Πένροουζ), Imperial College Press, ISBN 1-84816-267-7
↑Jerry Coyne· Nathan Myhrvold· Lawrence Krauss· Scott Atran· Sean Carroll· Jeremy Bernstein· PZ Myers· Lee Smolin· John Horgan· Alan Sokal. «On "Taking Science on Faith" by Paul C. Davies». Edge.org. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 15 Ιουνίου 2010. Ανακτήθηκε στις 28 Σεπτεμβρίου 2010.