Jan Marcus Dahlström är forskare inom starkfältslaserfysik och kvantoptik, med särskilt fokus på attosekundprocesser vid fotojonisation. Han utforskar samspelet mellan kvant- och klassisk fysik genom diagrammatiska metoder för mångkroppssystem och studier av de klassiska och relativistiska gränserna för kvantmekaniken. Dessutom undersöker han icke-linjära röntgenprocesser i materia samt ultrasnabb sammanflätning i hybridsystem, vilket bidrar till en djupare förståelse av ljus-materia-interaktioner på ultrakorta tidsskalor.