Работы Ю.Ю. Петрунина вносят большой вклад в развитие концепции социального искусственного интеллекта, в методологию гуманитарных и управленческих наук, способствуя оптимизации взаимодействия традиционных аналитических методов и методов искусственного интеллекта. Ученым разработана модель искусственного интеллекта, включающая в себя три взаимосвязанных аспекта:

1. конкретные программы, алгоритмы, технологии, позволяющие имитировать когнитивные функции человека и получать при выполнении конкретных задач результаты, сопоставимые как минимум с результатами интеллектуальной деятельности человека;
2. направление фундаментальной науки, систематизирующее и теоретически обосновывающее данные программы, алгоритмы, технологии;
3. неалгоритмизируемые представления о разуме и познании.

В его работах раскрыты исторические корни и эволюция каждого аспекта искусственного интеллекта, разработана нейрокомпьютерная парадигма изучения/познания общественных процессов, а также методология использования методов и технологий искусственного интеллекта в социально-гуманитарных и управленческих науках. На основе данной методологии успешно решены практически значимые социальные задачи повышения эффективности внедрения технологий искусственного интеллекта в управление человеческими ресурсами, принятия решений в организациях, аналитики электоральных процессов, модели «умного» дома, при оценке отраслевых решений, управления экономикой знаний, превращения человеческого капитала в организационный, моделирование социальных процессов.

Ю.Ю. Петрунин является авторитетным специалистом в области искусственного интеллекта и его приложений в социально-гуманитарных и управленческих науках. Он защитил в Московском университете в 1991 году кандидатскую работу по теме «Методологический анализ моделей познания в искусственном интеллекте», а в 1999 году докторскую диссертацию по теме «Философский анализ проблемы искусственного интеллекта». Является руководителем магистерской программы ФГУ «Искусственный интеллект и цифровые технологии в государственном и корпоративном управлении», руководителем секции «Управление знаниями» Научного совета при Президиуме РАН по методологии искусственного интеллекта и когнитивных исследований, членом редколлегий журналов «Нейрокомпьютеры: разработка, применение», «Безопасность цифровых технологий», «Государственное управление. Электронный вестник», «Вестник Московского университета. Серия 21. Управление (государство и общество)». За последние 10 лет им опубликовано по теме искусственного интеллекта и его применениям 16 статей в научных журналах, 7 статей в сборниках и 5 монографий.