Pekola on kokeellisen matalan lämpötilan fysiikan tutkija ja kuuluu alansa ehdottomaan kansainväliseen huippuun. Hänen tutkimuksensa käsittelee nanorakenteiden termodynamiikkaa ja nanorakenteiden lämmönsiirto-ominaisuuksia.
Jo uransa alkuvuosina hän keksi suprajohtaviin liitoksiin perustuvan lämpötilasensorin (Physical Review Letters 73, 2903 (1994)). Viime vuosina hän kokeellisesti osoittanut, että niin sanottua Maxwellin demonia voi käyttää informaatio-perustaiseen nanomittakaavan jäähdytykseen (Physical Review Letters 115, 260602 (2015)). Kolmas esimerkki läpimurtotuloksesta on fotoneihin perustuvan yhden moodin lämmönjohtumisen osoittava koe (Nature 444, 187 (2014)).
Pekola on ollut akatemiaprofessori vuosina 2000–2005 ja 2014–2018. Hän on väitellyt Teknillisen korkeakoulun Kylmälaboratoriosta ja oli fysiikan professori Jyväskylän yliopistossa 1990-luvulla. Jyväskylässä hänen osuutensa Nanotiedekeskuksen perustamisessa oli keskeinen. 2000-luvun alussa hän siirtyi takaisin Teknilliseen korkeakouluun. Nykyisin Pekola johtaa kansallista kvanttiteknologian QTF-huippuyksikköä ja hän on ollut myös käynnistämässä InstituteQ:ta, joka koordinoi suomalaista kvanttiteknologian tutkimusta ja opetusta.
Hänen merkityksensä suomalaisen kvanttiteknologian edistämisessä ovat siis merkittäviä ja uraauurtavia, eikä Suomen nykyistä kansainvälistä asemaa kvanttiteknologian alalla olisi saavutettu ilman Pekolan pitkäjänteistä työtä.