Su línea de investigación principal se centra en el estudio de las relaciones entre emoción y lenguaje, en la que ha desarrollado numerosos estudios conductuales y neurobiológicos. Colabora con distintos grupos de investigación nacionales e internacionales. Su actividad investigadora, financiada a través de varios proyectos del Plan Nacional de I+D+I, de los que ha sido investigador principal, ha dado lugar a la publicación de más de un centenar de artículos científicos.Tiene reconocidos 3 tramos de investigación.

Sus campos de investigación son principalmente los de la Lingüística Funcional, el Análisis del Discurso y la Pragmática. Es autora/coautora de doce libros y coeditora de tres volúmenes, además de haber publicado diversos artículos en revistas y libros en el área de la lingüística y la lingüística aplicada. Ha sido investigadora principa de varios proyectos financiados, siendo el último el proyecto coordinado EMO-FunDETT (FFI2013-47792-C2-1-P, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad) que explora la relación entre el lenguaje y la emoción humanos en entornos laborales, y cuyo subproyecto explora la persuasión lingüística. Entre sus últimos libros se encuentran Evaluation in Context (en coedición con Geoff Thompson, 2014, John Benjamins), Pragmatics: Cognition, Communication and Culture (en coautoría con J. Lachlan Mackenzie, 2016, McGraw Hill) y Emotion in Discourse (en coedición con J. Lachlan Mackenzie, 2019, John Benjamins). Es también evaluadora de proyectos científicos para la Agencia Nacional de Evaluación (ANEP), así como para algunas agencias internacionales, y forma parte del comité científico de numerosas revistas de lingüística. Asimismo, es uno de los miembros fundadores de la Asociación de Lingüística del Discurso de España..

La Dra. Altarriba es directora del Laboratorio de Cognición y Lenguaje desde 1992. Dirige un programa de investigación en las áreas de procesamiento del lenguaje bilingüe, adquisición de segundas lenguas y emoción, atención, memoria y cognición. Es una investigadora reconocida internacionalmente en los ámbitos del bilingüismo, memoria y emoción, y ha publicado más de 80 artículos revisados por pares en revistas muy prestigiosas de su campo. Sus investigaciones han aparecido en numerosas revistas científicas, entre ellas International Journal of Bilingualism, American Journal of Psychology, Journal of Memory and Language, Memory and Cognition, Perception and Psychophysics, Cognition & Emotion, Visual Cognition y Professional Psychology: Research and Practice. Ha editado siete libros y es autora de múltiples capítulos de libros.

Su trabajo se caracteriza por la multidisciplinareidad, combinando acercamientos psicolingüísticos, estudios de corpus (especialmente multimodales) y modelos computacionales. Ha aplicado estos métodos especialmente a la investigación de la metáfora cognitiva y de la gramática de construcciones multimodal. Ha publicado en revistas de distintos perfiles disciplinares como Frontiers in Psychology, Frontiers in Human Neuroscience, PlosOne, Cognitive Linguistics, Metaphor and Symbol, Language and Cognition, Social Science Information o Semiotica, entre otras. Es también el autor de libros como Meaning in English, de Cambridge University Press; junto con la Dra. Iraide Ibarretxe ha publicado recientemente Lenguaje y Cognición en la Editorial Síntesis..

Su línea de investigación se centra en estudios transculturales para entender cómo la cultura y el lenguaje influyen en la identidad, la salud y el desarrollo. En sus investigaciones, usa distintas metodologías, incluyendo grabadoras digitales para medir comportamientos sociales en ambientes naturales, así como programas de computación para analizar el lenguaje.