Pavel Ptáček je významný český geograf a urbanista, jehož práce se zaměřuje na široké spektrum témat souvisejících s regionálním rozvojem, urbanizací, migrací a mezinárodní spoluprací. Jeho publikační činnost, zahrnující články v odborných časopisech, kapitoly v knihách i samostatné monografie, odráží hluboký zájem o proměny prostorových struktur měst a regionů, zejména ve střední a východní Evropě.
Významnou oblastí výzkumu Pavla Ptáčka je role univerzit ve znalostním transferu a regionálním rozvoji. V publikaci "The role of mid-range universities in knowledge transfer and regional development: The case of five Central European regions" (spolu s Z. Gál) se autoři zabývají tím, jak univerzity střední velikosti přispívají k rozvoji regionů. Podobně v článku "The role of mid-range universities in knowledge transfer in non-metropolitan regions in Central Eastern Europe" (spolu s Z. Gál) je analyzován přínos těchto institucí pro znalostní ekonomiku v mimometropolitních oblastech.
Dalším klíčovým tématem v díle Pavla Ptáčka je suburbanizace. V práci "Suburbanizace v USA a Německu: zdroj inspirace i poučení" z roku 2002 se věnuje tomuto procesu v mezinárodním kontextu. Později se zaměřil na specifika českého prostředí, jak dokládá článek "Current suburbanisation trends in the Czech Republic and spatial transformation of retail" (spolu s Z. Szczyrba) z roku 2007, který se věnuje současným trendům suburbanizace a prostorové transformaci maloobchodu. Ptáček se rovněž zabýval suburbanizací v zázemí Prahy, a to jak v období po roce 1990 ("Suburbanizační proces v zázemí Prahy v 1. polovině 90. let"), tak obecněji ("Suburbanizační proces v zázemí Prahy"). Jeho publikace "Suburbanizace-měnící se tvář zázemí velkoměst" z roku 1998 pak nabízí širší pohled na proměny venkovských oblastí v okolí velkých měst.
Ptáček se rovněž věnuje analýze prostorové struktury měst, například v článku "Proměny prostorové struktury města Olomouce s důrazem na rezidenční funkce" (spolu s Z. Szczyrbou a M. Fňukalem) z roku 2007, kde se zaměřuje na rezidenční funkce. V jiné práci, "Historical heritage potential and tourism marketing: The example of Olomouc" (spolu s P. Roubínkem a J. Rájcem), z roku 2015, zkoumá potenciál historického dědictví pro marketing cestovního ruchu v Olomouci.
Významná část výzkumu Pavla Ptáčka se soustředí na přeshraniční spolupráci a regionální identitu. V publikaci "The Czech-Polish and Austrian-Slovenian borderlands-similarities and differences in the development and typology of regions" (spolu s P. Kladivem, P. Roubinkem a K. Zienerem) z roku 2012 porovnává vývoj a typologii pohraničních regionů. V článku "Perception of cross‐border cooperation in the Czech and Polish border area on the example of the Jeseník region" (spolu s T. Mintálovou) z roku 2012 analyzuje vnímání přeshraniční spolupráce na příkladu Jesenicka. S tématem identity souvisí i článek "Identity through urban nomenclature: eight Central European cities" (spolu s dalšími autory), který zkoumá identitu prostřednictvím městské toponymie v osmi středoevropských městech.
Dalšími tématy, kterými se Pavel Ptáček zabývá, jsou například migrace vysokoškoláků ("Migrace vysokoškoláků v letech 1991-2004 v regionálním pohledu" spolu s V. Poláškem a V. Touškem) a role přímých zahraničních investic v budování znalostní ekonomiky v České republice, konkrétně v sektoru znalostně intenzivních podnikových služeb ("The role of foreign direct investments (FDI) in establishing knowledge economy in the Czech Republic: the case of knowledge-intensive business services").
Ptáček se také podílel na projektech a publikacích zaměřených na širší geografické oblasti, jako je Karpaty. Je spoluautorem "Atlas of the Carpathian macroregion" (spolu s A. Létalem, F. V. Ruffinim a K. Rennerem) a podílel se na projektech "VASICA-Visions and strategies in the Carpathian area" a "Visions and Strategies in the Carpathian Area", které se zabývají rozvojem a udržitelným prostorovým rozvojem Karpat.
V neposlední řadě se Pavel Ptáček věnuje i demografickým a socioekonomickým faktorům ovlivňujícím nerovnosti ve zdraví v České republice, jak dokládá článek "Demographic and socio-economic factors influencing health inequalities in the Czech Republic" (spolu s D. Hübelovou a T. Šlechtovou).