Jimmy Zambrano R. ha conducido investigaciones orientadas teóricamente para explicar la efectividad y eficiencia del aprendizaje a partir de variables como la experiencia grupal, la distribución de la información, el conocimiento previo, los detalles seductores y las estrategias de autorregulación. Durante sus estudios doctorales, en colaboración con reconocidos académicos internacionales, ha contribuido al desarrollo de la teoría de la carga cognitiva colaborativa, proponiendo principios instruccionales fundamentados en la arquitectura cognitiva humana y en la evidencia más sólida.
Su producción científica comprende estudios publicados en revistas de alto impacto, así como en reconocidas revistas regionales especializadas en educación. Estas investigaciones aportan tanto al desarrollo teórico del campo como al diseño de orientaciones para la práctica educativa profesional y políticas educativas informadas en evidencia.
Asimismo, ha participado activamente en congresos internacionales sobre ciencias del aprendizaje y tecnología educativa, difundiendo sus hallazgos en escenarios académicos de alcance global.
En la actualidad, ha ampliado su interés científico hacia el estudio de las creencias docentes erróneas y los neuromitos educativos que podrían afectar negativamente los procesos de enseñanza, aprendizaje y desempeño estudiantil.