Die Forschung von Nicole Gotzner an der Schnittstelle von Sprachbedeutung, Sprachverwendung, Spracherwerb und -verarbeitung und allgemeiner Kognition ist äußerst innovativ. Dies gilt insbesondere für ihren Forschungsansatz, in dem sie Perspektiven der formalen Semantik und der Pragmatik mit experimentellen Methoden der Psycholinguistik sowie der Korpuslinguistik, der Phonetik und der spieltheoretischen und computationellen Modellierung verknüpft. In all diesen Bereichen stellen Gotzners Arbeiten eine bislang noch nicht selbstverständliche Verbindung von Theorie und experimenteller Methodik her. Gotzner steht daher für eine kognitionswissenschaftlich fundierte Sprachwissenschaft. Sie leitet die Emmy Noether-Gruppe „Skalen in der Sprachverarbeitung und im Spracherwerb“.