In 2001 publiceerde hij een artikel over bijna-doodervaringen in het gezaghebbende wetenschappelijke tijdschrift The Lancet. Hij verwierf nationale bekendheid met zijn boek Eindeloos bewustzijn(2007) over bijna-doodervaringen. Dit boek is in verschillende talen vertaald en staat in de top-5 van best verkochte non-fictieboeken in Nederland. Het boek werd onderscheiden met de 2010 Network Book Prize Award van de Medical and Scientific Network.

Van Lommel stelt dat bewustzijn ook buiten het lichaam kan plaatsvinden: volgens hem is bewustzijn eindeloos, het lichaam beperkt het bewustzijn. De hersenen zijn daarbij alleen ontvangers van het oneindige bewustzijn.