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Philippe Lognonné développe depuis trente ans deux axes de recherche en sismologie. Le premier, lié à l'exploration des planètes telluriques, lui a permis d'affiner les modèles de structure interne de la Lune et de mieux comprendre les processus d'impacts de météorites sur notre satellite. Il participe à la mission InSight de la NASA qui a déployé fin 2018 à la surface de Mars un observatoire géophysique équipé d'un sismomètre dont il est le responsable scientifique. Il participera en 2026 à une nouvelle mission de la NASA qui déposera un des modèles de rechange de SEIS sur la Lune. Ses autres recherches sont associées à l'observation, depuis l'espace, des tsunamis et des ondes générées par les séismes. Ces dernières recherches s'accompagnent de travaux théoriques permettant de mieux modéliser le couplage entre tsunamis, ondes sismiques et l'atmosphère et l'ionosphère de la Terre.