Patrik Vuilleumier a suivi une formation en neurologie clinique et en neuropsychologie. Il dirige actuellement le Laboratoire de neurologie du comportement et d’imagerie de la cognition à l’UNIGE et aux HUG. Il a été directeur du Centre universitaire de neurosciences de Genève pendant dix ans, a cofondé le Brain & Behaviour Laboratory avec le Swiss Center for Affective Sciences, dont il est membre du comité directeur, et co-dirige actuellement les plateformes de neurosciences humaines au Campus Biotech.

Pionnier de l’utilisation de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle pour les neurosciences au début des années 2000, il a notamment utilisé cette technologie pour décrire les circuits cérébraux générant la perception consciente et les émotions. Ses recherches visent à disséquer les mécanismes fonctionnels qui génèrent ces deux fonctions. Son objectif est de comprendre comment ces mécanismes sont perturbés lors de maladies psychiatriques ou neurologiques, afin de concevoir des approches nouvelles et plus efficaces pour améliorer le diagnostic et restaurer les fonctions altérées.