تتركز الاهتمامات البحثية للبروفيسور ماريو كاكامو على تحويل التطورات في مجالات وراثة المحاصيل، وعلم الجينوم، والمعلوماتية الحيوية، وعلم الأحياء الحاسوبي إلى حلول عملية تدعم الزراعة المستدامة والأمن الغذائي. ويجمع في أبحاثه بين تربية النبات، والتقنيات الرقمية، والذكاء الاصطناعي، وعلوم الزراعة، بهدف زيادة إنتاجية المحاصيل، ورفع كفاءة استخدام الموارد، وتعزيز قدرتها على الصمود أمام تغير المناخ. 

ويهتم بصورة خاصة بتطوير أساليب مبتكرة في تربية وزراعة النبات، بما يشمل أبحاث التكاثر اللاجنسي، لتسريع استنباط أصناف محسنة من المحاصيل وطرحها للاستخدام على نطاق واسع. كما يُذكر اسمه بصفته أحد المخترعين في براءة اختراع تتعلق بآليات التكاثر اللاجنسي لدى نباتات الفصيلة النجيلية. 

ويركز البروفيسور كاكامو أيضًا على بناء روابط وثيقة بين الأوساط العلمية والقطاع الصناعي وصناع السياسات، لضمان أن تحقق الابتكارات الزراعية آثارًا اقتصادية وبيئية ومجتمعية ملموسة. ومن أبرز أمثلة أعماله في مجال الأبحاث التحويلية تطوير برنامج «مالينغ فروتس» لاستنباط أصناف الفاكهة الصغيرة، الذي حققت أصنافه من الفراولة والتوت نجاحًا تجاريًا عالميًا، إلى جانب قيادته مبادرات ابتكارية كبرى ربطت بين الأوساط الأكاديمية والقطاع الصناعي والجهات الحكومية. 

كما أقام شراكات دولية واسعة مع معاهد المجموعة الاستشارية للبحوث الزراعية الدولية (CGIAR)، من بينها المركز الدولي للزراعة الاستوائية (CIAT)، والمركز الدولي لتحسين الذرة والقمح (CIMMYT)، والمعهد الدولي لبحوث المحاصيل في المناطق المدارية شبه القاحلة (ICRISAT)، والمعهد الدولي لبحوث الأرز (IRRI)، والمعهد الدولي لبحوث الثروة الحيوانية (ILRI). وتشمل شراكاته أيضًا عددًا من مؤسسات البحوث التطبيقية، مثل المؤسسة البرازيلية للبحوث الزراعية (EMBRAPA)، والمعهد الوطني للتقنية الزراعية في الأرجنتين (INTA)، ومعهد الوراثة الزراعية في فيتنام.