武玉伟主要从事计算机视觉和机器学习等领域的研究；在中国计算机学会（CCF）推荐A类期刊/会议或中科院JCR 1区期刊发表论文40余篇，出版教材1部；获中国人工智能学会优秀博士学位论文提名奖。作为负责人承担国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目。培养或合作培养学生中有4位研究生获得北京理工大学校级优秀博士学位论文或优秀硕士学位论文。