Het onderzoek van Dominique Baeten richt zich op immuun-gemedieerde ontstekingsziekten (IMID), ziektes die primair worden veroorzaakt door een overdreven of misplaatst immuunantwoord. De voornaamste vormen van IMID zijn ontstekingsreuma, reumatoïde artritis en spondyloarthrits, maar het betreft ook aandoeningen als multiple sclerosis en de afstoting van getransplanteerde organen. Met zijn onderzoek wil Baeten komen tot een betere omschrijving van de cellulaire en moleculaire immunopathologie (immunotype) van deze ziektebeelden, zodat ze op een rationele in plaats van een fenotypische grond kunnen worden ingedeeld, gediagnosticeerd, en behandeld. Dit wordt in toenemende mate belangrijk door het gebruik van gerichte immuuninterventies door zogenoemde biologics, biologische geneesmiddelen die specifiek een eiwit of cel blokkeren. Baetens onderzoek concentreert zich daarom op de analyse van cellen en weefsel uit de primaire doelwitorganen van deze ziektebeelden, met name ook voor en na gerichte immunologische behandelingen.

In de komende jaren zal Baeten zich vooral richten op de heel vroege en zelfs pre-klinische fase van spondyloarthritis en reumatoide artritis, ten behoeve van vroegdiagnose en preventieve behandeling. Hierbij worden nieuwe technieken ontwikkeld om patiëntenweefsels te verkrijgen, en zeldzame celtypes uit deze weefsels te isoleren en bestuderen. Het gaat hierbij onder meer om het kloneren van auto-reactieve B-lymfocyten. Vanwege de overlap tussen spondyloarthritis, ziekte van Crohn en psoriasis wordt er ook gewerkt aan een gemeenschappelijk onderzoeks- en studieplatform met de afdelingen Dermatologie en Maag-, darm- en leverziekten.

Baeten is sinds 2006 werkzaam bij de afdeling Klinische Immunologie en Reumatologie van het AMC, eerst als universitair hoofddocent en sinds 2011 als hoofd van de afdeling. Hij is tevens lid van het bestuur van het Center for Immunology Amsterdam van het AMC. Voor zijn komst naar het AMC was Baeten universitair docent Geneeskunde aan de Universiteit Gent en chef de clinique van de afdeling Reumatologie van het Universitair Ziekenhuis Gent. Ook was hij research fellow bij het Center for Neurological Diseases van Harvard Medical School en Brigham and Women's Hospital in Boston (VS) en bij het Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm) in Nantes (Frankrijk). Baeten is lid van de redactieraad van een aantal vaktijdschriften, waaronder Arthritis&Rheumatism en Rheumatology. Hij publiceerde een groot aantal artikelen, onder andere in Journal of Immunology, The Lancet en Arthritis & Rheumatism.