Die wissenschaftlichen Schwerpunkte von Fazekas liegen insbesondere in der neurologischen bildgebenden Forschung mittels Magnetresonanztomographie, des Schlaganfalls, der Multiplen Sklerose sowie dementieller Erkrankungen. Fazekas war einer der ersten Beschreiber der white matter hyperintensities, hellen Flecken in der T2-gewichteten Magnetresonanztomographie bei Leukoaraiosis (Dichteminderungen der weißen Substanz des Gehirns). Er beschrieb eine Skala zur Einstufung dieser Veränderungen, welche seitdem als Fazekas-Skala in der Neurologie und Neuroradiologie weltweit Verwendung gefunden hat. Zudem ist Fazekas unter den ersten Wissenschaftlern, welche MRT-basierte Kriterien zur Diagnose der Multiplen Sklerose vorgebracht haben.Fazekas ist der Autor von mehr als 500 Fachartikeln in wissenschaftlichen Zeitschriften.