Svým výzkumem se profesor Lukeš stal viditelnou postavou v českém i mezinárodním vědeckém prostředí a svými popularizačními aktivitami, a ne vždy standardními pokusy je znám i mimo vědeckou sféru.

Celoživotně se prof. Lukeš zabývá studiem parazitů, především prvoků. Prvoci jsou mikroskopické organismy známé především tím, že působí celou řadu závažných chorob, jako jsou malárie, toxoplazmóza, spavá nemoc apod. Se svými kolegy se zaměřuje na studium molekulární biologie parazitických trypanosom a leishmánií, ale v posledních letech se také intenzivně věnuje mořským prvokům, kteří jsou i přes svou klíčovou roli v ekosystému oceánů velmi přehlíženi. Prof. Lukeš přispěl zejména k pochopení evoluce a buněčných a molekulárních adaptací těchto všudypřítomných organismů, kteří se navzájem liší víc než člověk od kukuřice. Přispěl rovněž k našemu poznání genetického kódu objevem bičíkovce, který ho má proměněný. Související objevy mají potenciál významně přispět k léčbě těžkých genetických chorob člověka. Publikuje své objevy v nejvýznamnějších vědeckých časopisech, jeho práce byly citované víc než 20 000krát. Svou kariéru spojil s Akademií věd v Českých Budějovicích, i když několik let pracoval i v Amsterdamské a dvou Kalifornských univerzitách, či v Kanadském ústavu pro pokročilý výzkum.

Prof. Lukeš považuje za důležité vědu popularizovat, o což se snaží v rozsahu od přednášek na základních školách, přes gymnázia a vysoké školy, až po lékařské konference a spolky, či pravidelná vystoupení v médiích. Rád vytváří spolupráce a dívá se na vědu z neobvyklých úhlů. O jeho samoinfekcích referovala nejen česká, ale i evropská, kanadská a americká média. Je prezidentem Americké společnosti pro protozoologii, a členem řady evropských a amerických společností, jako jediný žijící Čech i Národní Akademie USA.