Destaca'l so trabayu en xeometría alxebraica, concretamente no rellacionao coles variaciones de la Teoría de Hodge, de la qu'escribió dellos llibros, y en simetría especular. En 2002, Voisin probó que la xeneralización de la conxetura de Hodge pa la variedá de Kähler compacta ye falsa. La conxetura de Hodge ye unu de los siete problemes del mileniu escoyíos nel añu 2000 pol Institutu Clay de Matemátiques, que va premiar el resolución de cada unu d'ellos con un millón de dólares.