Изучал проблемы онтогенеза сознания, билингвизма, невербальной коммуникации. Занимался также проблемами немцев Поволжья.
Сочинения
- Горелов И. Н. Вопросы теории речевой деятельности. Психолингвистические основы искусственного интеллекта. — Таллин: Валгус, 1987.
- Горелов И. Н., Енгалычев В. Ф. Безмолвный мысли знак. Рассказы о невербальной коммуникации. — М.: Мол. гвардия, 1991.
- Горелов И. Н. Избранные труды по психолингвистике. — М.: Лабиринт, 2003. ISBN 5-87604-025-8.