Glavni raziskovalni področji Katarine Polajnar Horvat sta humana geografija in okoljska psihologija, s poudarkom na povezavah med okoljem in človekovim vedenjem. Posebej jo zanima, kako ljudje doživljajo okolje ter kako se oblikujejo okoljska stališča in vedenjski vzorci, pomembni za varstvo okolja in kakovostno človekovo življenjsko okolje. V raziskavah zato povezuje okoljske analize z razumevanjem stališč, vrednot in vedenja, ki vplivajo na okoljsko vedenje, ter preverja, kako lahko načrtovanje prostora, socialne intervencije in vključevanje javnosti prispevajo k spremembam vedenja. Pomemben del njenega dela je usmerjen v participativne pristope pri upravljanju in načrtovanju, kjer preučuje sodelovanje različnih deležnikov, konflikte interesov in pogoje za bolj učinkovito skupno odločanje. Poleg tega se posveča temam ravnanja z odpadki ter vplivom prostorskih in na naravi temelječih rešitev na dobrobit ljudi, pri čemer rezultate praviloma umešča v uporabni okvir za politike in lokalne prakse. 

Pri raziskovanju uporablja interdisciplinarne pristope, ki povezujejo metode humane geografije in okoljske psihologije. Poleg analize primarnih in sekundarnih virov ter prostorskih podatkov uporablja na anketah in intervjujih temelječe raziskave, opazovanja, delavnice z deležniki in druge participativne metode za razumevanje okoljskih stališč in vedenj. Njeno delo pogosto vključuje primerjalne študije med različnimi območji (npr. zavarovana območja, urbana okolja) ter sodelovanje v nacionalnih in evropskih raziskovalnih skupinah, kjer rezultate usmerja v uporabne rešitve za upravljanje prostora, varstvo okolja in izboljšanje kakovosti bivalnega okolja.

Med pomembnejše dosežke Katarine Polajnar Horvat sodijo znanstvene monografije Okolju prijazno vedenje (Založba ZRC, 2015), Nevidno življenje odpadkov (Založba ZRC, 2022), objave v mednarodnih znanstvenih revijah, kjer obravnava teme okoljskega vedenja, participativnega upravljanja ter upravljanja mokrišč in zavarovanih območij (npr. prispevki v Environment & Behavior, Sustainability, Marine & Freshwater Research, Sensors in International Journal of Environmental Research and Public Health). 

S sodelovanjem v nacionalnih in evropskih projektih, med drugim v projektih TUNE UP (Interreg Mediteran, 2019–2022), TranStat (Interreg Alpine Space, 2022–2025), WIN (2024–2026) soustvarja raziskovalne mreže z domačimi in tujimi partnerji ter prenaša raziskovalne ugotovitve v prakse upravljanja prostora, zlasti prek participativnih procesov in socialnih intervencij. Vodi mednarodni projekt TRANSDINARICA2 v okviru programa Interreg Podonavje (2025-2028), pri čemer je ZRC SAZU vodilni partner, ona pa vodja projekta. Prav tako vodi temeljni raziskovalni projekt BLUE-Obnova mestnih modrih površin z na naravi temelječimi rešitvami in socialnimi intervencijami za izboljšanje blaginje ljudi in okolja, ki ga financira Agencija za raziskovalno dejavnost RS. Sodelovala pa je tudi pri drugih temeljnih raziskovalnih projektih, med drugim pri projektu Nevidno življenje odpadkov, Izolirani ljudje in skupnosti v Sloveniji in na Hrvaškem.

Nadaljnji raziskovalni cilji vključujejo poglobljeno proučevanje dejavnikov okoljskega vedenja in načinov njegovega spreminjanja, razvoj in vrednotenje participativnih pristopov pri upravljanju zavarovanih območij ter raziskovanje učinkov na naravi temelječih rešitev in socialnih intervencij v urbanih modrih in zelenih površinah na dobro počutje ljudi in okoljske učinke v mestih.
 

• Smrekar, A., Tiran, J., Polajnar Horvat, K. Unveiling the cultural ecosystem services of urban green spaces : a case study of Ljubljana, Slovenia. Acta geographica Slovenica. [Tiskana izd.]. 2024, vol. 64, no. 3, str. 135-153, graf. prikazi. ISSN 1581-6613.
• Polajnar Horvat, K. Revitalizing Robidišče : renavigating the challenges and opportunities of marginalized rural communities. Traditiones : zbornik Inštituta za slovensko narodopisje. [Tiskana izd.]. 2024, letn. 53, št. 2, str. 121-143, ilustr. ISSN 0352-0447.
• Smrekar, A., Gašperič, P., Tičar, J., Polajnar Horvat, K. 2023. Aktivno vključevanje deležnikov v upravljanje zavarovanih območij: primer mokrišča Krajinski park Sečoveljske soline. Geografski vestnik : časopis za geografijo in sorodne vede. 95/1.
• Polajnar Horvat, K., Ribeiro, D. 2023. Urban public spaces as restorative environments : the case of Ljubljana. International journal of environmental research and public health 20/3.
• Breg Valjavec, M., Dunato Pejnović, N., Draženović, M., Čonč, Š., Polajnar Horvat, K. 2022. The transboundary approach to landscape geointerpretation : challenges in interpretive planning and geoconservation. Geoheritage. 14-4.
• Ernoul, L., Polajnar Horvat, K., Smrekar, A., et al. 2022. Use of voluntary environmental contracts for wetland governance in the European Mediterranean region. Marine & freshwater research. 73/9-10.
• Guna, J., Polajnar Horvat, K., Podjed, D. 2022. People-centred development of a smart waste bin. Sensors 1/3.
• Polajnar Horvat, K., Gašperič, P., Leban, K., Tičar, J., Smrekar, A. 2022. Participatory approach to wetland governance : the case of the memorandum of understanding of the Sečovlje Salina Nature Park. Sustainability 14/16.
• Polajnar Horvat, K., Smrekar, A. 2021. The wetland contract as a tool for successful wetland governance : a case study of Ljubljansko barje Nature Park, Slovenia. Sustainability 13/1.
• Polajnar Horvat, K., Šrimpf Vendramin, K. 2021. Issues surrounding behavior towards discarded textiles and garments in Ljubljana. Sustainability 13. 2021.
• Molinario, E., Polajnar Horvat, K., Smrekar, A., et al. 2020: Motivations to act for the protection of nature biodiversity and the environment : a matter of "significance". Environment & behavior.
   

Izbrane predstavitve in predavanja

- Reinvigorating Robidišče: Overcoming the Challenges of Marginalized Rural Communities. Predavanje na konferenci IGU Egypt 2025, Thematic conference: Geo-Spatial Technology, Global Changes and Sustainability, Kairo, Egipt, 12–15. 4. 2025
- Enhancing Human Well-Being Through Cultural Ecosystem Services: Insights from Urban Public Spaces in Ljubljana, Slovenia. Poster na konferenci International conference on environmental psychology, Vilna, Litva, 15.–18.6. 2025
- Water Walk with Me, Predavanje in delavnica v okviru konference Why the world need anthropologists: Creativity at work, Bolonja, Italija, 3.–5.10. 2025
- History of the development of environmental awareness in Slovenia. Predstavitev na mednarodnem kongresu Slovenskih geografov in entografov, Beograd, Srbija, 24. 10. 2024 (soavtor A. Smrekar). 
- Implementing participatory governance in wetland management : the Sečovlje Salina Nature Park, Slovenia. Predstavitev na mednarodnem kongresu Slovenskih geografov in entografov, Beograd, Srbija, 24. 10. 2024 (soavtor A. Smrekar). 
- Urban public spaces as a spaces of resiliance: the case of Ljubljana. Predavanje na konferenci združenja EURA The european city: A practice of resilience in the face of an uncertain future, Reykjavik, Islandija, 24. 6. 2023
- Stranski dogodek 2: Spoznavanje potenciala obnove ekosistemov v Sredozemlju za obvladovanje podnebnih sprememb in izgube biotske raznovrstnosti. Organizator Plan Bleu v sodelovanju z ZRC SAZU. Predavanje na Konferenci pogodbenic Okvirne konvencije Združenih narodov o spremembi podnebja  COP 23 – Zeleni prehod v Sredozemlju: od odločitev k dejanjem, Portorož, Slovenija, 6. 12. 2023
- Development of smart waste bin: people centered intervention for behavioral change. Predstavitev na konferenci International Geographical Union, Paris, Francija, 20. 07. 2022(soavtorja D. Podjed, J. Guna).
- Slovenian experiences in testing the Environmental Contract at local and regional level. Case study: Slovenian Coast. Predstavitev na zaključni konferenci projekta TUNE UP, Solun, Grčija, 9. 6. 2022 (Soavtor A. Smrekar).
- Capacity Building Seminar Regional MoU Implementation. Case study: Slovenian Coast. Predstavitev na zaključni konferenci projekta TUNE UP, Solun, Grčija, 9. 6. 2021(soavtor A. Smrekar).
 

• Geografija Slovenije - nacionalni raziskovalni program (raziskovalni program • 01. januar 2022 - 31. december 2027)
• Preobrazba s Trans Dinarico - Faza 2 (01. april 2025 - 31. marec 2028)
• BLUE - Obnova mestnih modrih površin z na naravi temelječimi rešitvami in socialnimi intervencijami za izboljšanje blaginje ljudi in okolja (temeljni raziskovalni projekt • 01. januar 2025 - 31. december 2027)
• Izboljšanje zaposlovanja žensk v obrobnih industrijskih regijah (aplikativni raziskovalni projekt • 01. januar 2024 - 30. junij 2026)
• TranStat - Trajnostna preobrazba smučarskih središč v Alpah (aplikativni projekt • 01. november 2022 - 31. oktober 2025)
• PoLJUBA - priprava interpretacijskih gradiv za projekt (tržni projekt • 06. september 2019 - 15. avgust 2021)
• TUNE UP - Spodbujanje večnivojskega upravljanja za uravnavanje ohranjanja biotske raznovrstnosti na morskih območjih (INTERREG • 01. november 2019 - 30. junij 2022)

• docentka na Univerzi v Novem mestu
• docentka na Podiplomski šoli ZRC SAZU

• 2025, Katarina Polajnar Horvat, vodilni projekt Strategije za Donavsko regijo, EU-strategija za Donavsko regijo, prioritetno področje 9  "Ljudje in veščine"
• 2015, 10.000 doktorica znanosti Univerze v Ljubljani, Univerza v Ljubljani

• članica uredniškega odbora knjižne zbirke Geografija Slovenije
• članica uredniškega odbora knjižne zbirke Georitem
• članica uredniškega odbora knjižne zbirke Regionalni razvoj
• sourednica knjižne zbirke Regionalni razvoj