La recherche du Dr. Martin se concentre sur l'interaction de la lumière avec des structures de petite taille, avec un accent particulier sur la plasmonique et le biophotonique. Son laboratoire conduit tant des activités expérimentales que théoriques. Une description plus détaillée est disponible sur le site web du Laboratoire de Nanophotonique & Métrologie.

Olivier J.F. Martin est l'auteur de plus de 500 contributions scientifiques, y compris 250 publications dans des journaux scientifiques réputés avec comité de lecture. Il possède aussi une petite dizaine de brevets. En 1999 il a reçu le prix Latsis pour ses contributions à l'étude de l'optique de champ proche et des cristaux photoniques.

Olivier J.F. Martin participe régulièrement aux comités de programme de conférences internationales. En 2005 il a co-organisé le Symposium Latsis sur la réfraction négative (website); en 2006 il a organisé la conférence d'Engelberg sur Molecular plasmonic devices ainsi que la 9th International conference on near-field optics, nanophotonics and related technics (NFO-9). Il y a quelques années il a lancé le projet COST MP0803 Plamonic components and devices qui rassemble la plupart des laboratoires européens travaillant dans des applications de la plasmonique en traitement du signal et en bio-sensing.

En 2016, Olivier J.F. Martin a reçu une bourse de recherche ERC pour étudier la fabrication de nanostructures à l'aide de forces plasmoniques et créer ainsi la Nano-usine de demain.

Dans son temps libre il aime faire de la voile (lorsque le vent souffle...), du jardinage (lorsque le vent ne souffle pas...) et de la musique.