Peter Teglberg Madsen har udviklet avanceret måleudstyr, som monteres direkte på hvalernes hud med sugekopper. Dette har medført helt unik forskning, der har gjort det muligt at kombinere fysiologiske målinger med adfærdsstudier af dyr under deres naturlige dyk i oceanerne. Peter Teglberg Madsen har således givet indsigt i, hvordan verdens største rovdyr finder deres føde i dybhavet, hvad deres stofomsætning er, og hvordan deres brug af lyd til kommunikation påvirkes af stigende menneskeskabte støjniveauer i verdenshavene.
Peter Teglberg Madsen er kandidat fra 2000, ph.d. fra 2002 og professor ved Aarhus Universitet. Han har haft en række internationale ansættelser, blandt andet i USA og Australien. Han er adjungeret professor ved Murdoch University i Australien.
Peter Teglberg Madsen har publiceret 123 artikler og har et h-index på 36.
Peter Teglberg Madsen har superviseret 12 ph.d.-studerende og 12 postdocs. To af hans ph.d.-studerende har modtaget Sapere Aude-bevillinger fra Danmarks Frie Forskningsfond og fortsat deres virke ved Princeton University og Stanford University. Peter Teglberg Madsen har desuden opnået bevillinger fra en række fonde, blandt andre ERC.