Ses intérêts de recherche cliniques et précliniques portent principalement sur l'Hépato-Virologie (diagnostic et traitement des hépatites virales notamment dans les situations d'immunosuppression), sur le carcinome hépatocellulaire et sur la réversibilité de la cirrhose. Avec le support de l'ANRS (France REcherche Nord&Sud Sida-hiv Hépatites), il est en charge de plusieurs cohortes internationales et nationales de patients atteints de maladies sévères du foie et de patients transplantés. Il s'est récemment orienté vers les thérapies innovantes dans les maladies du foie, incluant la thérapie génique et la médecine régénératrice. Depuis 2016, il est coordinateur du projet de Recherche Hospitalo-Universitaire (ILite) "iLite - Innovations in Liver Tissue Engineering" dans le cadre des programmes d'investissement d'avenir. Ce programme a pour objectif de bio-construire un foie grâce à l'association de la thérapie cellulaire et de la bio-ingénierie. Le Professeur Duclos-Vallée a publié plus de 130 articles internationaux dans le domaine des maladies du foie.