Barthélémy Kuate Defo est auteur et co-auteur de plus de 180 publications scientifiques portant sur la nutrition dans le parcours de vie dans les pays à revenu faible ou intermédiaire, l'épidémiologie et le contrôle des maladies  transmissibles (notamment: malaria, rougeole, diarrhée, VIH/SIDA) et non-transmissibles (par ex., maladies cardiovasculaires, diabète, cancer, maladies neurologiques et maladies mentales) dans 195 pays du monde, en utilisant les modèles de simulation, les modèles paramétriques et non-paramétriques, les modélisations séquentielles, longitudinales, multi-niveaux et multi-états.

Ses domaines de recherche couvrent l’écologie; la nutrition et la santé dans le parcours de vie; le fardeau des maladies transmissibles et non-transmissibles; la mortalité selon la cause de décès; les théories en sciences de la population et en santé publique mondiale; la conception, le développement, la mise en œuvre et l'évaluation des interventions en santé, stratégies et actions sanitaires.

Il s’intéresse également à la traduction des résultats de recherche en politique ainsi qu’aux stratégies et actions pour la protection et la promotion de la santé publique en Afrique.