Gillberg on tutkinut autismin kirjon häiriötä (ASD), kuten Aspergerin oireyhtymää ja autismia, Touretten oireyhtymää, Fragile-X-oireyhtymää, ADHD ja anorexia nervosaa. Hän on julkaisun European Child & Adolescent Psychiatry perustajia ja on ollut kirjoittajana ja toimittajana monissa tieteellisissä ja oppikirjoissa. Hän on saanut useita palkintoja, kuten Philips Nordic Prize 2004 for neurological research, ja hänen artikkeliluettelonsa Medlinessa sisältää yli 300 tieteellistä artikkelia. Lisäksi Gillberg on autismin perinnöllisyyden arvostettuja kansainvälisiä tutkijoita.