Han arbejder på grænsefladen mellem klassisk elektrodynamik og kvantefysik, og hans gruppe har bidraget til at flytte den nedre størrelsesgrænse for, hvor detaljeret et niveau elektrodynamiske studier kan gennemføres på. Også brobygning mellem grundforskning, innovation og teknologisk udvikling har N. Asger Mortensens store interesse, og teknologiske perspektiver af hans forskning forfølges nu i en række virksomheder. På sigt forudses det, at N. Asger Mortensens forskning vil få stor betydning for implementering af kvanteeffekt-baserede teknologier i fremtidens materialer.
N. Asger Mortensen har en imponerende publikationsliste med mere end 235 artikler i førende internationale tidsskrifter. Hans artikler citeres flittigt og i stigende grad af andre forskere. Med et H-index på 46 er flere af hans artikler blandt de mest citerede inden for fysikken. Han har modtaget en række prestigefyldte bevillinger, herunder i år en VILLUM Investigator grant, og er blandt de ledende forskere i Danish Institute for Advanced Study og Center for Nanostructured Graphene - et Center of Excellence støttet af Danmarks Grundforskningsfond. Ydermere har N. Asger Mortensen modtaget en række hæderspriser og anderkendelser for sin forskningsindsats – blandt andet som Fellow of American Physical Society, Fellow of Optical Society of America og Fellow of International Society of Optics and Photonics.