Sus investigaciones se centran en cómo las células nerviosas almacenan y transportan señales, pero también ha trabajado en muchas otras áreas de la histología y la neurociencia.

A la edad de 25 años fue la médica sueca más joven en obtener un doctorado.

[1]​ Dahlström ha participado en el debate sobre la relación entre género y función cerebral.

[2]​[3]​ En 2007 publicó el libro Könet sitter i hjärnan (El género está en el cerebro), que describió como un compendio de los últimos 15 años de investigación internacional sobre el cerebro y cómo el cerebro afecta el comportamiento humano.

Este libro, que en su mayoría hace referencia a estudios realizados antes de 1990, ha sido criticado públicamente por inexactitudes.