פרופ' דנין עסק במחקרים בין תחומיים, בהם נבדק הקשר בין צמחים עילאיים, מיקרו-אורגניזמים יצורים אחרים והסביבה. תוצאות מחקרים אלה פורסמו בשבעה ספרים וביותר ממאתיים וחמישים מאמרים בעברית וכן, בשבעה ספרים וביותר ממאתיים מאמרים באנגלית. במהלך מחקריו וסיוריו הרבים בישראל ובשכנותיה גילה מינים רבים של צמחים אשר לא נמצאו קודם לכן. פרופ' דנין גילה 43 מינים ו-3 תת מינים חדשים למדע. שלושה מינים ותת-מין נוספים קרויים על שמו. רישום מדויק של תפוצת הצמחים בישראל יצר בסיס מידע רחב ששימש להכנת מפות צמחייה (פיטוגיאוגרפיות) חדשות של הארץ.

שמו של פרופ' דנין התפרסם בעולם הנוצרי כולו בעקבות פרסום הבדיקות שעשה במוצג הארכיאולוגי שנקרא "התכריך מטורין" (The shroud of Turin). תכריך זה מיוחס לפי חלק מהמאמינים לישו הנוצרי, אך לא היו עדויות מוצקות התומכות בכך. בבדיקותיו מצא פרופ' דנין על התכריך גרגרי אבקה של עכובית הגלגל - צמח הנפוץ בארצנו שאינו גדל באיטליה. ממצא זה ביסס את הקשר של התכריך לארץ-ישראל.

מ-2006 עסק פרופ' דנין בבניה ובקידום האתר " צמחיית ישראל ברשת" .