Zijn onderzoek richt zich op verschillende aspecten van gedragsgeneeskunde met in het bijzonder aandacht voor de cognitieve en gedragsmatige aspecten van chronische pijn, en de psychologische behandeling daarvan. Vlaeyen is hoogleraar bij de vakgroep Clincial Psychological Sciences van de UM en de onderzoeksgroep Health Psychology van de KU Leuven. Hij studeerde in 1981 cum laude af in Klinische Psychologie aan de Universiteit van Brussel en promoveerde in 1991 aan de UM met zijn onderzoek naar de psychologische aspecten van chronische pijn.

Het Methusalemprogramma wil Vlaamse toponderzoekers voor een lange duur een structurele financiering geven, waardoor zij op langere termijn een onderzoeksstrategie kunnen opbouwen en aan hun onderzoeksproject kunnen werken, zonder steeds nieuwe financiering te moeten verkrijgen. De onderzoeksprojecten worden door een internationaal panel van experts beoordeeld op internationale uitmuntendheid. Na zeven jaar wordt het programma grondig geëvalueerd, waarna de financiering kan worden verlengd voor een nieuwe periode van opnieuw zeven jaar.