Fernando Valladares ha desarrollado cuatro líneas de investigación principales que se circunscriben en el concepto general de cambio global y sus efectos en los ecosistemas terrestres.

Las tres primeras líneas tienen carácter de investigación básica, mientras que la cuarta pretende aplicar los avances en la ciencia de la ecología y la biología evolutiva y comparada a la resolución de problemas ambientales concretos resultantes de cambios de uso del territorio y de la construcción de infraestructuras.

El resultado de la investigación en estas cuatro líneas se ha plasmado en mas de un centenar de publicaciones (la mitad de ellas en revistas internacionales reflejadas en el SCI), de las que se muestran a continuación los ejemplos más destacables para ilustrar cada línea en particular.

Línea 1. Ecología Funcional
Línea 2. Ecología Evolutiva
Línea 3. Ecología Forestal
Línea 4. Restauración Ecológica