Yhdessä tutkimusryhmänsä kanssa Särkämö selvittää neuropsykologisia, fysiologisia ja aivokuvantamismenetelmiä käyttämällä (i) miten ikääntyminen ja aivosairaudet, kuten aivoverenkiertohäiriöt, aivovammat ja muistisairaudet, vaikuttavat kykyyn havaita, kokea ja tuottaa musiikkia, (ii) miten säännölliset musiikkiharrastukset ja musiikkipohjainen kuntoutus edistävät kognitiivista, kielellistä ja motorista toimintakykyä sekä emotionaalis-sosiaalista hyvinvointia terveessä ikääntymisessä ja neurologisessa kuntoutuksessa ja (iii) mihin mekanismeihin musiikin kuntouttava vaikutus aivoissa perustuu. Särkämö on urallaan julkaissut yli 100 tutkimusartikkelia ja saanut merkittäviä kansainvälisiä palkintoja ja tutkimusrahoitusta.