Klaus-Robert Müller zählt zu den Wegbereitern des modernen maschinellen Lernens. Er forscht an Hirn-Computer-Schnittstellen und beschäftigt sich damit, die Funktionsweise komplexer KI-Modelle transparent zu machen. Hirn-Computer-Schnittstellen, oder Brain-Computer-Interfaces (BCIs), beruhen auf der Erkenntnis, dass bereits die Vorstellung eines Verhaltens zu messbaren Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität führt. Durch Methoden des Maschinellen Lernens können die Systeme lernen, welche Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität mit bestimmten Vorstellungen zusammenhängen. Auf dieser Grundlage ist es möglich, Hirnaktivitäten in Steuersignale zu übersetzen.
Klaus-Robert Müller und seinem Team gelang es, die Kalibrierzeit von nicht-invasiven BCI-Systemen stark zu verkürzen – von Stunden auf unter 20 Minuten. Anschließend entwickelten sie das Zero-Training-Paradigma, bei dem sich das System während der Nutzung selbst einlernt. Dadurch konnten sie es stark gelähmten Patientinnen und Patienten in einer Studie ermöglichen, schneller mit ihrer Umwelt zu interagieren und zu kommunizieren als mit muskelbasierten Systemen. Seit 2015 forscht Klaus-Robert Müller zudem verstärkt auf dem Gebiet der Erklärbaren KI. Sein Ziel ist es, Black-Box-Modelle transparent und vertrauenswürdig zu machen. Das von ihm 2019 mitherausgegebene Standardwerk „Explainable AI: Interpreting, Explaining and Visualizing Deep Learning“ hat dieses Forschungsfeld geprägt.
Nach seinem Physikstudium promovierte Klaus-Robert Müller im Fach Informatik an der Universität Karlsruhe. Anschließend war er an verschiedenen Instituten im In- und Ausland als (Gast-)Wissenschaftler sowie Abteilungs- und Forschungsgruppenleiter tätig – etwa am Beckman Institute der University of Illinois in Champaign/USA, an der University of Tokyo in Tokio/Japan und am Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik (FIRST) in Berlin. Es folgten eine Professur für Neuronale Netze und Zeitreihenanalyse (1999 – 2003) sowie für Neuroinformatik (2003 – 2006) an der Universität Potsdam. 2006 wurde er auf die Professur für Maschinelles Lernen an der Technischen Universität Berlin berufen, die er bis heute innehat. Zwischen 2007 und 2011 hatte er außerdem zwei Forschungsprofessuren am Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung sowie an der TU Berlin inne. Seit 2012 ist er darüber hinaus Distinguished Professor an der Korea University in Seoul/Südkorea und seit 2020 Co-Direktor am Berlin Institute for the Foundations of Learning and Data (BIFOLD).
Für seine Forschung wurde Müller vielfach ausgezeichnet, unter anderem im Jahr 2006 mit dem Research Award for Technical Communication der Alcatel-Lucent Foundation, 2014 mit dem Berliner Wissenschaftspreis oder 2017 mit dem Vodafone Innovationspreis. Seit 2019 gehört Müller zu den ISI Highly Cited Wissenschaftlern. Neben der Leopoldina gehört er auch der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften und der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften an und ist seit 2017 externes wissenschaftliches Mitglied der Max-Planck Gesellschaft. Mit dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis erhält Klaus-Robert Müller nun den wichtigsten Forschungsförderungspreis in Deutschland. Der von der DFG vergebene Preis würdigt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Wissenschaftsgebiete. Das Preisgeld von je 2,5 Millionen Euro können sie bis zu sieben Jahre lang für ihre künftige Forschung verwenden. Unter den bisherigen Preisträgerinnen und Preisträgern finden sich zahlreiche Leopoldina-Mitglieder. 2026 erhalten neben Klaus-Robert Müller auch die Akademie-Mitglieder Klaus Blaum, Johannes Krause und Armido Studer einen Leibniz-Preis.