Davide Vignati focalise son travail de recherche sur l'étude des cycles biogéochimique des éléments traces et leurs effets sur les organismes vivants. Il s'intéresse notamment à l'écotoxicité du Cr avec des travaux qui remettent en question la prétendue faible écotoxicité du Cr trivalent par rapport aux Cr hexavalent. Il participe à des recherches sur l'écotoxicité des lanthanides (considérés comme des éléments économiquement stratégiques) qui reste encore peu étudiée. Il fait partie du consortium du projet Européen Danubius-RI, une infrastructure de recherche paneuropéenne dédiée à l'étude interdisciplinaire des grands systèmes fleuve-mer. Il a aussi travaillé sur la contamination mercurielle des eaux continentales dans le cadre des activités de la Commission Internationale pour la Protection des Eaux Italo-Suisse (CIPAIS). Cette activité scientifique s'accompagne d'un intérêt pour les différents aspects de l'écriture et de la communication scientifique.