Fabian Dembski beschäftigt sich mit den Themen Global Systems Science (GSS), der digitalen Transformation in Stadtplanung und Städtebau sowie mit Kollaborations- und Beteiligungsprozessen mit Unterstützung durch digitale Werkzeuge und Methoden. Seine Forschung fokussiert außerdem auf die Entwicklung urbaner digitaler Zwillingen für nachhaltigere und demokratischere Städte und Prozesse sowie deren Visualisierung in VR und AR.

Aktuell ist er als Forschungsprofessor an der Tallinn University of Technology im Rahmen des Projektes GreenTwins tätig, in welchem digitale Zwillinge für Grünräume und Vegetation in Tallinn und Helsinki sowie neue Methoden der Bürgerbeteiligung und kooperative Prozesse entwickelt werden. Das HLRS ist Kooperationspartner in diesem Projekt.