Область интересов Вадима Ротенберга - психофизиология сна здоровых людей и больных психическими и психосоматическими заболеваниями; проблема стресса; патогенез неврозов, шизофрении, депрессии, психосоматических заболеваний; нейропсихоиммунология; психофизиология межполушарных отношений; психофизиология памяти; психофизиология творчества; психология личности.