Spécialiste de climatologie, Martine Tabeaud a d’abord travaillé sur la contribution de l’imagerie satellitale à la recherche climatologique puis sur les transferts de vapeur d’eau au-dessus des océans en lien avec les grandes sécheresses. En poste à l’Université Panthéon-Sorbonne depuis 1978, elle devient professeur en 1989. Elle a dirigé une UMR du CNRS. Elle a été chargée de mission « recherche environnement » à l’IRD (ex ORSTOM). Elle a dirigé une vingtaine de thèses, ainsi que plusieurs programmes de recherche nationaux et internationaux. Elle a publié dix-sept ouvrages, dont plusieurs manuels de climatologie, et plus de deux cents articles.
Actuellement, ses recherches portent sur l’adaptation au changement climatique, sur les risques liés au climat et leur gestion passée comme actuelle, sur la mise en mémoire des événements météo, sur les représentations des climats et du temps qu’il fait.