Kenemans onderzoekt aandacht, affect en actie-controle bij mensen. Hierbij kijkt hij naar de neurobiologische, farmacologische en pathalogische aspecten daarvan. 

Kenemans doet onder andere onderzoek naar de werking van de hersenen bij mensen met ADHD. Bij deze gedragsstoornis zijn de breinmechanismen die impulsiviteit, onze aandachtsspanne en het starten en stoppen van handelingen reguleren, minder goed werkzaam. Om het welzijn en functioneren van personen met ADHD te verbeteren, deed Kenemans onderzoek naar de effecten van medicatie op deze reguleringsprocessen in het brein.

Eén van de impulsen die Kenemans onderzoekt, is licht. Hierbij stelt hij vragen als: hoe nemen wij licht waar, op welke manier verschilt dit per persoon en wat is de invloed van licht op onze gezondheid? 

In 2017 kwam de tweede druk uit van zijn boek Psychofarmacologie: De effecten van drugs en geneesmiddelen op het menselijk brein en gedrag. Hierin geeft Kenemans een overzicht van de manier waarop verschillende middelen het menselijk gedrag beïnvloeden.