Olen osteoarheoloog, kelle töö hõlmab matmispaikade arheoloogiliste päästekaevamiste juhatamist ja nendelt leitud inimluude analüüsimist. Luu-uurimist õppisin Leedus, Vilniuse Ülikoolis (2008–2009) professor Rimantas Jankauskase käe all ja hiljem olen täiendanud end ka Inglismaal Readingi Ülikoolis (2013). Teadustöös keskendun eelkõige kesk- ja varauusajast pärinevate skelettide uurimisele, et saada parem pilt sellest, kuidas inimesed tollal elasid, milline oli neid ümbritsev keskkond, nende tervis ning toitumine. Minu suurimaks huvivaldkonnaks on paleopatoloogia, mis keskendub minevikus põetud haiguste ja vigastuste analüüsile. Olen uurinud põhjalikult tera- ja tulirelvavigastustega skelette ja trepanatsioone. Lisaks olen käsitlenud ka erinevad nakkushaigused nagu süüfilis, leepra ja tuberkuloos. Samuti teen tihedat koostööd geneetikutega surnute päritolu ja haiguste uurimisel. Olen juhatanud arheoloogilisi välitöid üle 50 maa- ja linnakalmistul. Suurimaid kaevamisi olen läbi viinud Tallinnas Tõnismäe kalmistul (2017), kust tuli välja üle 500 matuse ja Tartus Püha Maarja kalmistul (2011) kust avastati ligi 750 luustiku. Lisaks olen kaevanud sõjategevusega seotud ühishaudu (Tartus Oa tänaval, Vastseliinas), katkukalmistuid (Otepääl, Tallinnas) hukkatute matmispaika Rakveres ning võllamäge Haapsalus. Oma tööga seoses olen teinud koostööd ka Eesti Kohtuekspertiisi Instituudiga. Olen kirjutanud üle 100 populaarse ja teadusliku artikli. Annan Tartu Ülikoolis valikainet „Sissejuhatus osteoarheoloogiasse".
Kaarel Sikk on multidistsiplinaarne uurija, kes töötab arheoloogilise ja ajaloolise materjaliga kombinatsioonis keskkonnaandmetega erinevate teoreetiliste raamistike põhjal. Tema huvide hulka kuuluvad pikaajaliste protsesside formaalne modelleerimine, komplekssüsteemid, inimese ja keskkonna vahelised suhted, kvantitatiivne geograafia, asustussüsteemid, digitaalsete humanitaarteaduste epistemoloogia ja arheoloogiline andmeteadus.