Hij bestudeert onder andere de energiefabrieken in onze cellen: mitochondriën. Voor alle processen die binnen cellen plaatsvinden, hebben cellen energie nodig van buiten de cel. Deze energie wordt tijdens de stofwisseling langzaam losgepeuterd uit energierijke voedingsstoffen zoals vetten, koolhydraten en eiwitten. De mitochondriën zijn essentiële schakels in deze keten, want zij zetten deze voedingsstoffen om in voor de cel bruikbare energie. Tielens is met name geïnteresseerd in de biochemie en evolutie van de verschillende types mitochondriën die er bestaan. Daarnaast onderzoekt hij hoe parasieten en hun gastheren (zoals de mens) op elkaar inwerken.

Tielens studeerde scheikunde aan de Universiteit Utrecht, en promoveerde vervolgens op het energiemetabolisme van leverwormen. Hij is tevens gasthoogleraar bij de afdeling Medische Microbiologie en Infectieziekten van het Erasmus MC in Rotterdam.