Antje Boetius beschäftigt sich mit den Auswirkungen des Klimawandels auf die Biogeochemie und Biodiversität des Arktischen Ozeans. Sie untersucht Mikroorganismen, die Teile des Meeresbodens besiedeln und langfristig großen Einfluss auf das weltweite Klimageschehen haben. Zudem hat sie sich auf die Erforschung von Tiefseeökosystemen mit Unterwasserrobotern spezialisiert. Mit ihren Arbeiten trägt die Meeresforscherin entscheidend zum Verständnis globaler Klimakreisläufe bei. Seit 1989 hat sie an rund 50 Expeditionen auf deutschen und ausländischen Forschungsschiffen teilgenommen und dort mit zahlreichen innovativen Methoden Proben entnommen und analysiert.
Antje Boetius ist seit 2009 Professorin für Geomikrobiologie an der Universität Bremen sowie Leiterin der von der Helmholtz-Gemeinschaft und der Max-Planck-Gesellschaft gemeinsam getragenen Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie. 2017 wurde sie als Direktorin an das Alfred-Wegener-Institut nach Bremerhaven berufen. 2018 erhielt sie den Communicator-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie den Deutschen Umweltpreis, im Jahr darauf den Verdienstorden der Bundesrepublik Deutschland. Die Leopoldina wählte Antje Boetius 2009 zu ihrem Mitglied.
Ihm Rahmen der Mercator-Professur wird Antje Boetius zwei öffentliche Vorträge an der Universität Duisburg-Essen halten. Eine Mercator-Professur hatten bislang unter anderen inne: Joachim Gauck, Richard von Weizsäcker, Hans-Dietrich Genscher, Margarethe von Trotta, Peter Scholl-Latour, Alfred Grosser, Götz W. Werner, Alice Schwarzer, Jutta Limbach und Karl Lehmann.