Karl Holmberg's forskning kretsar kring plastens politik. Detta involverar ett brett spektrum av samhällsvetenskapliga infallsvinklar i koppling till plast som ett material och fenomen. Karl har bl.a. skrivit om plastens inlåsningseffekter, normer och kulturer i koppling till plast, styrning och policy av plast och plastens politiska ekonomi. 

Karl's avhandlingsprojekt fokuserar på hur plastens engångsmässighet kom att normaliseras i Sverige under 1950, 60 och 70-talet. Först genom snabbköpens framväxt, och som följd av detta förpackningsindustrins starka tillväxt och det ökade behovet av sophantering i kölvattnet av engångsmässigheten. 

I övrigt har Karl ett starkt intresse för filosofi, politisk teori, sociologi, historia, komparativ politik, internationella relationer och miljöpolitik.