Las investigaciones desarrolladas por Carlos Martínez ofrecen un amplio espectro de temáticas enfocadas entre la intersección de la justicia espacial en el sur global, el estudio de la morfología urbana y la búsqueda de soluciones arquitectónicas y urbanas para la desigualdad desde una visión multiescalar. Su trabajo ha sido influenciado por algunos de los mas destacados profesores de la Escuela de Madrid como Rafael Moneo, Alberto Campo Baeza, Emilio Tuñon, Ginés Garrido, Juan Herreros y Javier Maroto, quienes también han sido sus profesores en la ETSAM. El desarrollo de su tesis doctoral en Madrid y Lima le han permitido estructurar una sólida linea de trabajo que aborda algunos de los estudios mas avanzados sobre morfología urbana y morfogénesis informal desde la perspectiva teórica del ensamblaje urbano. Sin embargo, sus intereses también radican en la exploración de la forma, en la complejidad programática de la arquitectura, en el estudio de la sintaxis espacial y en el trabajo investigativo sobre la vivienda social en España y Latinoamérica. Carlos Martínez Muñoz presenta una forma de entender la ciudad desde el ensamblaje de los flujos de la ciudad, combinando la práctica / crítica y la crítica / práctica en su discurso proyectual. Algunas de las investigaciones mostradas componen el cuerpo de su tesis doctoral desarrollado en la ETSAM, obteniendo como calificación Sobresaliente CUM LAUDE. Su trabajo ha sido publicado de diversos journals de alto impacto a nivel mundial.