スピンカロリトロニクス分野の黎明期から同分野の実験研究を先導しており、スピンエネルギーグループ発足(2016年10月～)後に、磁性体中で電流を曲げるだけで加熱・冷却できる熱電変換現象「異方性磁気ペルチェ効果」、非線形磁気熱電効果の一つである「磁気トムソン効果」、新機構の横型熱電変換「ゼーベック駆動横型熱電効果」の世界初の観測に成功した。磁性薄膜から磁気抵抗素子・永久磁石、そして独自に設計した磁性複合材料まで幅広く研究対象に含めており、これらの系に特有の熱変換・熱制御・熱移送原理や機能を開拓している。研究に用いる実験手法は、スパッタリング法を中心とした薄膜作製技術から放電プラズマ焼結法等のバルク材料合成技術、磁気/電気/熱輸送現象測定、ポンプ-プローブ式光計測などを含む。
現在は、これまで原理実証や要素機能開拓に留まっていたスピンカロリトロニクスを、熱エネルギーデバイス技術に結び付けることを目指した物質・材料研究や応用研究を推進している（上図参照）。2022年10月にはJST ERATO「内田磁性熱動体プロジェクト」が発足しており、磁気で熱を操る新たなエネルギー材料群「磁性熱動体」の創製により、熱電変換・熱スイッチ・磁気冷凍を含む熱工学応用の革新を目指している。