经过多年的发展，武汉大学信号处理实验室的研究主要集中在极为宽广的信息与通信工程领域中，武汉大学信号处理实验室的研究主要集中在现代信号处理的理论、方法和应用，现代通信的理论、技术与系统，以及它们的结合-通信信号处理。研究方向主要集中在下述领域：

现代信号信息处理理论

重点研究基于幅－频多分辨率分析的信号分析理论与算法实现问题；研究基于Turbo迭代的信号处理理论框架和算法实现；研究基于蒙特卡罗方法的非线性信号处理理论和方法

合成孔径雷达图像理解

深入研究单极化和多极化的合成孔径雷达图像处理与分析方法，重点研究目标检测、信息提取与分类、目标建模与仿真等的新方法和新技术，构建基于SAR图像的处理与分析平台。

通信信号处理

通信信号和无线信道特征分析，信源编码和信道编码，信道辨识与信道均衡，移动通信的调制技术与多用户检测

语音信号处理

数字语音建模，语音增强技术，回声抵消技术，基于粒子滤波器的语音恢复与信息提取。

音视频信号压缩与传输

研究各种媒体信息的采集、压缩、传输、识别、理解、表示、展现及信息集成、信息管理和保密技术，以及这些技术的使用系统。 在MPEG4和H.264的框架下，研究并实现音视频信号的压缩和有效传输。

扩频通信与跳频通信

自适应短波跳频通信，短波宽带信道模拟和频率管理系统，软件无线电，Turbo码在短波通信中的应用