박용선 교수는 분자운과 고밀도 지역에서 나오는 전파, 적외선 스펙트럼을 해석하기 위한 복사 전달을 연구하고 있다. 특히 분자운에 스며들어 있는 자기장에 의해 스펙트럼들이 편광을 일으키는 경우의 복사전달을 연구하고 있다. 일산화규소, 메탄올 등의 분자들에서 나오는 메이저선들의 발생 기작과, 이들의 자기장과의 관련성을 연구하여 분자운 고밀도 지역의 별형성, 만기형별 대기의 구조와 진화를 탐구하고 있다.

VLBI로 우리은하 분자운에 의한 AGN 전파의 흡수선을 관측해 분자운의 초미세 구조와 역학을 연구하고 있다.

VLBI흡수선 관측과 일반적인 방출선 관측을 결합하여 고은위 지역에 있는 분자운들의 운동학적 특성과 기원을 연구하고 있다.

서울전파천문대를 운영하면서 THz 전파관련 기기, 광대역 전파분광기/상관기를 개발하고 있다. 소규모 교육용 전파 간섭계, 태양풍 연구를 위한 SKA형 저주파 배열안테나를 개발하고 있다.

광학과 적외선 영역에서 활용될 적응광학 기술을 개발하고 있다. Fresnel 렌즈를 이용해서 가벼우면서도 대구경인 우주망원경의 초기 모형을 개발하고 있다.