È una delle massime autorità mondiali riconosciute nello studio della genetica e dell'eziologia del sonno.[4]
Ha proposto, in collaborazione con Chiara Cirelli, la "teoria del downscaling sinaptico", un'ipotesi in grado di spiegare la funzione del sonno ad onde lente attraverso l'osservazione delle modificazioni cellulari che avvengono nel cervello durante questa fase del sonno.[5][6]
Ha inoltre pubblicato diverse ricerche e formulato alcune ipotesi sulla natura della coscienza.[7]
Su questo tema ha pubblicato diversi saggi, tra cui Un universo di coscienza:come la materia diventa immaginazione, in collaborazione con il Premio Nobel per la medicinaGerald Edelman.[8][9]
Teoria dell'informazione integrata
Giulio Tononi ha sviluppato una teoria della coscienza (IIT, Integrated Information Theory) che si propone di quantificarne matematicamente la portata per mezzo di una grandezza che ha chiamato informazione integrata indicata con la lettera greca phi.
La teoria dell'informazione integrata si presta ad analizzare le dispute controverse sugli sviluppi dell'intelligenza artificiale[10].
Giulio Tononi, Galileo e il fotodiodo. Cervello, complessità e coscienza, Bari, Laterza, 2003, ISBN 978-88-420-6927-0
Marcello Massimini e Giulio Tononi, Nulla di più grande. Dalla veglia al sonno, dal coma al sogno. Il segreto della coscienza e la sua misura, Milano, Baldini & Castoldi, 2013
Giulio Tononi, Phi. Un viaggio dal cervello all'anima, Torino, Codice edizioni, 2014