A principal área de pesquisa de Thomas Cech é aquela do processo detranscrição no núcleo das células. Ele estuda como ocódigo genético doDNA é transcrito para oRNA. Na década de 1970, Cech estudava osplicing do RNA no organismo unicelular doTetrahymena thermophila quando descobriu que uma molécula de RNA não transformado poderia dividir-se. Em 1982, Cech tornou-se o primeiro a demonstrar que as moléculas de RNA não se limitam a serem portadoras passivas de informação genética - elas podem ter funçõescatalisadoras e podem participar das reações celulares. As reações de processamento do RNA e síntese de proteínas nosribossomos, em particular são catalisados pelo RNA. Asenzimas de RNA são conhecidas comoribozimas e têm servido como uma nova ferramenta para a tecnologia genética. Elas também têm o potencial para fornecer novos agentes terapêuticos, por exemplo, têm a capacidade de destruir RNAs virais invasores.
Thomas Cech tem ainda uma segunda área de pesquisa bem diferente da primeira - aquela da estrutura e função dostelômeros, as extremidades naturais das fileiras decromossomos. Ele e o seu grupo de pesquisa concentram-se na formação, estrutura e função datelomerase, a enzima que copia as seqüências teloméricas. O lado ativo das subunidades protéicas da telomerase compreende uma nova classe detranscriptases reversas, enzimas que anteriormente pensava-se serem restritas aos vírus e aos elementos transponíveis. Atelomerase é uma enzima importante em termos biomédicos devido ao fato de que é ativada em 90% dos cânceres humanos. Portanto, um medicamento que inibisse sua atividade é muito procurado como um agente quimioterapêutico contra ocâncer.