Patrick Decowski doet experimenteel onderzoek naar donkere materie en de eigenschappen van neutrino’s. Hij richt zich daarbij specifiek op de deeltjesfysica-aspecten en participeert in experimenten in diep ondergrondse laboratoria in Italië en Japan. In de Italiaanse Apennijnen werkt Decowski aan het XENON-project dat de deeltjescompositie van donkere materie probeert te ontrafelen. Donkere materie is een tot nu toe onbekende vorm van materie en verantwoordelijk voor meer dan 85% van de massa in het heelal. Met zeer gevoelige detectoren gevuld met vloeibaar xenon wil hij botsingen van donkere-materiedeeltjes met gewone materie waarnemen en hun eigenschappen ontdekken. Het XENON-project gaat binnenkort de meest gevoelige donkere-materiedetector ter wereld, XENON1T, in gebruik nemen.

Daarnaast werkt Decowski sinds 2002 in de Japanse Alpen aan het KamLAND-experiment dat meerdere voorheen onbekende neutrino-eigenschappen, zoals neutrino-oscillaties, heeft aangetoond en nauwkeurig gemeten. Het doel van KamLAND in de huidige fase is te ontdekken of neutrino’s hun eigen antideeltjes (“Majorana”) zijn. Als dat zo is, zou dit een aantal vraagstukken in o.a. het standaardmodel van de deeltjesfysica en in de kosmologie verklaren. Zowel donkere-materiedeeltjes als neutrino’s worden zeer zelden waargenomen, waarvoor gevoelige detectoren bestaande uit zeer laag radioactieve componenten vereist zijn.

Decowski is sinds 2011 werkzaam als universitair hoofddocent aan de UvA. Hij is gepromoveerd aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en was daarna acht jaar lang verbonden aan de University of California, Berkeley. Na zijn terugkeer naar Nederland in 2009 trad hij als senior wetenschapper in dienst van het Nikhef, het nationaal instituut voor subatomaire fysica. Decowski is programmaleider van het onderzoeksprogramma Dark Matter van FOM (Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie) en blijft verbonden aan het Nikhef. Decowski is daarnaast visiting scientist aan het Kavli Institute of the Physics and Mathematics of the Universe (IPMU) van de University of Tokyo. Hij verwierf verschillende onderzoekssubsidies waaronder van FOM en NWO.