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Spécialisé en écotoxicologie, l'activité de recherche de Jérémie Lebrun combine des approches en laboratoire et de terrain pour relier la contamination des milieux à celle des organismes. Ses travaux ont pour objectifs de formaliser (modélisation) les facteurs écologiques, biologiques et chimiques contrôlant la bioaccumulation de contaminants urbains et agricoles (métaux, PBDEs, pesticides, etc.) circulant dans les milieux aquatiques d’eau douce et de valider les modèles proposés par des observations in situ. Plus précisément, ses travaux se focalisent sur l’utilisation du gammare, crustacé amphipode d’eau douce, comme matrice biologique pour quantifier la biodisponibilité des contaminants, fraction potentiellement toxique pour le biote. Aussi, il s’agit d’évaluer les impacts des contaminants internalisés sur la santé des organismes par la mesure de réponses biologiques (approches multi-biomarqueurs et protéomiques) et le suivi de traits de vie. Sur un plan finalisé, son travail de recherche contribue au développement d'outils biologiques indispensables à une meilleure évaluation de la qualité des cours d'eau, pour une gestion durable de ces milieux et ainsi, répondre aux attentes sociétales.