Cercetările lui Nicolaou se concentrează asupra sintezei chimice, structurii moleculare şi recunoaşterii moleculare, precum şi asupra acţiunilor biologice ale moleculelor.
Nikolau'nun araştırmasında kimyasal sentez, moleküler tasarım ve moleküler tanıma ve moleküllerin biyolojik hareketleri konu ediliyor.