Bernhard Nebel erlangte durch seine Beiträge zur Handlungsplanung, zum räumlichen Schließen und zur Robotik Bekanntheit. Gemeinsam mit seiner Arbeitsgruppe entwickelte er Selbstlokalisierungs-, Aktionsauswahl- und Koordinierungstechniken, die beispielsweise im Bereich der Fußballrobotik Anwendung finden. Aufbauend auf diesen Erfolgen wurden Entwürfe von autonomen Agenten für Rettungsrobotik in Simulationen sowie realen Umgebungen untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt Nebels Arbeit sind hybride Schlusstechniken von Robotern. Diese ermöglichen einen beiläufigen Austausch zwischen Mensch und Roboter im Haushalt. Sie sollen ebenfalls dazu beitragen, dass Roboter während der Ausführung neue Fähigkeiten erlernen und in der Lage sind, fehlerhafte Überzeugungen zu revidieren. Ein weiteres Thema, mit dem sich Nebel und seine Arbeitsgruppe befassen, ist die Frage, wie sich Techniken aus der Künstlichen Intelligenz, zum Beispiel die heuristische Suche und die Spielbaumanalyse, für die automatische Hard- und Softwareverifikation bei sicherheitskritischen Computersystemen von Flugzeugen, Zügen oder Autos einsetzen lassen. In den letzten Jahren hat Bernhard Nebel sich speziell mit dem Thema der impliziten Koordination von rationalen Agenten beschäftigt.
Nach seinem Informatikstudium an der Universität Hamburg war Bernhard Nebel an unterschiedlichen KI-Projekten in Deutschland und den USA beteiligt, bevor er 1989 an der Universität des Saarlandes promoviert wurde. Im Anschluss widmete er sich einige Jahre den Problemen der Wissensrepräsentation am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Saarbrücken. 1993 trat er eine Professur für Künstliche Intelligenz an der Universität Ulm an. Drei Jahre später wechselte er an die Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg, an der er bis heute eine C4-Professur für Grundlagen der Künstlichen Intelligenz innehat.
Bernhard Nebel ist seit 2009 Mitglied der Leopoldina, wo er die Sektion Informationswissenschaften als Senator vertritt. Für seine Forschung wurde er mehrfach ausgezeichnet – 2019 etwa wurde er von einer Jury der Gesellschaft für Informatik zu einem der zehn prägenden Köpfe der deutschen KI-Geschichte gewählt. Zum ACM Fellow ernannt wird Bernhard Nebel für seine Beiträge in den Bereichen Wissensdarstellung und automatisiertes Schlussfolgern sowie deren Anwendung auf die Robotik. Ebenfalls ACM Fellow 2021 wurden die Leopoldina-Mitglieder Bernt Schiele und Thomas Lengauer.