Klaus-Robert Müller hat das Forschungsgebiet des Maschinellen Lernens maßgeblich mit aufgebaut. Maschinelle Lernalgorithmen sind Analysewerkzeuge, die charakteristische Muster erkennen und diese in Anwendungen identifizieren können. Müller forscht an den Grundlagen von Deep Learning sowie Support-Vektor-Maschinen, die in der Wissenschaft und Industrie eine große Rolle spielen. Seine interdisziplinären Forschungsarbeiten haben konkrete gesellschaftsrelevante Anwendungen in den Neurowissenschaften, der Medizin und der Quantenchemie zum Ziel. So entwickelte er beispielsweise Gehirn-Computer-Schnittstellen, mit der schwer gelähmte Menschen über Gehirnströme mit der Umwelt interagieren können. Neben einflussreichen Arbeiten zu erklärbarer KI, fand auch Müllers Forschung an der Schnittstelle von Maschinellem Lernen und Quantenmechanik große Beachtung. Mithilfe eines maschinellen Lernalgorithmus gelang es ihm, komplizierte Systeme mit vielen wechselwirkenden Atomen zu modellieren. Überstiegen deren komplizierte Korrelationen bisher die bestehenden Rechenkapazitäten, können sie nun in millionenfach höherer Geschwindigkeit modelliert werden und eröffnen der Quantenchemie damit vollkommen neue Horizonte.  

Klaus-Robert Müller ist Physiker und Informatiker. Nach seinem Studium der Physik und Promotion im Fach Informatik an der Universität Karlsruhe sowie Forschungsaufenthalten in Berlin, Champaign/USA und Tokio/Japan ging er an das Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik (FIRST) in Berlin. Es folgten eine Professur für Neuronale Netze und Zeitreihenanalyse von 1999 bis 2003 sowie für Neuroinformatik von 2003 bis 2006 an der Universität Potsdam. 2006 wurde er auf die Professur für Maschinelles Lernen an der Technischen Universität Berlin berufen, die er bis heute innehat. Seit 2012 ist er zudem Distinguished Professor an der Korea University in Seoul/Südkorea und seit 2020 Co-Direktor am Berlin Institute for the Foundations of Learning and Data (BIFOLD). Für seine Forschung wurde Müller vielfach ausgezeichnet, unter anderem im Jahr 2006 mit dem Research Award for Technical Communication der Alcatel-Lucent Foundation, 2014 mit dem Berliner Wissenschaftspreis oder 2017 mit dem Vodafone Innovationspreis. Seit 2019 gehört Müller zu den ISI Highly Cited Wissenschaftlern. Neben der Leopoldina gehört er auch der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften und der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften an und ist seit 2017 externes wissenschaftliches Mitglied der Max-Planck Gesellschaft.