Jego zainteresowania naukowe obejmują badania mechanizmów rozprzestrzeniania i przemian chemicznych zanieczyszczeń środowiska oraz metody ich analizy, a także ocenę toksykologiczną skutków ich występowania. Opublikował ponad 260 prac naukowych w czasopismach z tzw. listy filadelfijskiej. Redaktor 8 pozycji wydawniczych oraz autor i współautor 3 podręczników akademickich, a także 15 rozdziałów w prestiżowych wydawnictwach międzynarodowych. Piotr Stepnowski wygłosił ponad 50 wykładów. Jego prace cytowane były ponad 7000 razy, a obecny indeks Hirscha wynosi 46. Aktywnie zabiegał o finansowanie prowadzonych badań naukowych zarówno z instytucji krajowych, jak i międzynarodowych uzyskując wsparcie dla blisko 50 projektów naukowych, badawczo-rozwojowych i dydaktycznych.
Był wielokrotnie zapraszany przez zagraniczne uczelnie i instytucje naukowe. Aktywnie współpracuje z Uniwersytetem w Bremie, Politechniką Drezdeńską, Uniwersytetem w Aveiro, Uniwersytetem w Lizbonie, Wyższą Szkołą Techniczną im. Beutha w Berlinie i Uniwersytetem Blaise Pascal w Clermont-Ferrand.
23 listopada 2020 został wybrany na stanowisko Rektora Uniwersytetu Gdańskiego na kadencję 2020–2024. W styczniu 2024 uzyskał reelekcję na zajmowane stanowisko.