La investigación de Carles Martín-Closas se centra en la paleobotánica y micropaleontología. Concretamente ha trabajado sobre la taxonomía, paleoecología, biogeografía, evolución y bioestratigrafía de las plantas acuáticas fósiles, especialmente de las carofitas. Su tesis doctoral (Universidad de Barcelona-UB, 1990) estuvo dedicada a las carofitas fósiles del Cretácico Inferior del este de España y fue desarrollada en gran medida en el Institut des Sciences de l'Évolution de Montpellier (Francia) gracias a una beca predoctoral de la Generalitat de Cataluña. Desde 1991 es profesor titular de universidad en la Facultad de Ciencias de la Tierra-UB, donde recientemente ha impartido y coordinado las asignaturas de Biología y Paleontología en el Grado de Geología y Paleobotánica en el Máster Interuniversitario de Paleobiología y el Registro Fósil (UB, UAB).
Ha publicado cerca de 160 artículos científicos en revistas internacionales y españolas (100 de los cuales indexados en el Journal of Citation Reports), capítulos de libros y 2 libros. Los resultados de su investigación han contribuido a una mejor definición de la biozonación de las carofitas del Cretácico Inferior, Cretácico Superior, Eoceno y Oligoceno, la correlación de las biozonas de carofitas con las biozonas marinas estándar (foraminiferos y ammonites) y su calibración con la escala del tiempo geológico con la ayuda de la magnetoestratigrafía y la estratigrafía isotópica del estroncio. La mejora de la biozonación de las carofitas para estos períodos permitió una mayor resolución de la definición de la edad y la correlación de muchas de las secuencias estratigráficas no marinas del Cretácico Inferior de la Cadena Ibérica, el Cretácico Superior de los Pirineos y el Eoceno-Oligoceno de la cuenca del Ebro y las Islas Baleares. Fuera de España también ha contribuido a la bioestratigrafía de las carofitas del Cretácico Inferior de las Cadenas Subalpinas y el Jura (Francia y Suiza), Rumania, Túnez y el Cretácico Superior de las cuencas patagónicas (Argentina) y del norte de China. La paleobiogeografía de las carofitas es el objetivo principal de su presente investigación, en colaboración con otros especialistas que trabajan en el mismo tema con foraminíferos, ostrácodos y plantas vasculares.
Más allá del estudio de las carofitas fósiles, también ha dedicado una parte significativa de su investigación a la reconstrucción paleoambiental de las comunidades de humedales y plantas acuáticas del Carbonífero, Cretácico y el Cenozoico mediante la integración del análisis de facies y el análisis tafonómico. Entre estos estudios destacan sus contribuciones a la comprensión de los últimos humedales intramontanos del Carbonífero del Pirineo catalán y de la Montagne Noire (Francia), los humedales del Cretácico Inferior de Las Hoyas (Cuenca) y El Montsec (Cataluña), los humedales del Cretácico superior del Pirineo y el paleolago mioceno de La Cerdanya (Pirineo catalán).
De 2008 a 2016 fue elegido presidente de la asociación internacional para el estudio de las carofitas actuales y fósiles (IRGC) con más de 100 asociados en todo el mundo. Desde 2005 ha sido investigador principal de 4 proyectos competitivos consecutivos del Ministerio de Ciencia e Innovación. Es editor asociado de la revista Geologica Acta y editor invitado de otras revistas internacionales indexadas. Ha sido director o codirector de 6 tesis doctorales relacionadas con las carofitas fósiles, otras algas o plantas vasculares fósiles. De 2010 a 2016 coordinó el Programa de Doctorado en Ciencias de la Tierra en la UB. Actualmente es presidente del Comisión de Doctorado de la Facultad de Ciencias de la Tierra-UB y secretario de dicha Facultad.
