Paczyńskis Hauptinteressengebiete waren der Gravitationslinseneffekt, Gammablitze, veränderliche Sterne und die Struktur von Galaxien.
Er gilt als Initiator der Gravitationslinsenastronomie, dank der etwa Planeten außerhalb des Sonnensystems entdeckt werden können, die wegen ihrer geringen Leuchtkraft durch traditionelle Observation nicht erfasst werden. Bekannt ist er auch für seinen Vorschlag, Microlensing zum Studium Dunkler Materie zu benutzen, und für sein frühzeitiges Eintreten für einen Ursprung der Gammablitze in kollabierenden Sternen in fernen Galaxien, also außerhalb unserer Galaxie.[1]
Er war Ideengeber für zwei zusammen mit polnischen Wissenschaftlern betriebene Überwachungsprogramme. Das Optical Gravitational Lensing ExperimentOGLE sucht nach Microlensing-Ereignissen, ursprünglich zur Suche nach Bestandteilen der Dunklen Materie aber mit vielen weiteren Anwendungen bis zur Suche nach Exoplaneten. Der zusammen mit Grzegorz Pojmański initiierte All Sky Automated Survey überwacht automatisch etwa 10 Millionen Sterne bis zur 14. Größenklasse auf der Suche nach veränderlichen Sternen.
Paczyński starb am 19. April 2007 an den Folgen eines Hirntumors.
