Gustafssons forskningsintressen är stokastisk signalbehandling, adaptiv filtrering och förändringsdetektion, med tillämpningar inom kommunikation, fordon, flyg och ljud.
År 2004 tilldelades han Arnbergska priset av Kungliga Vetenskapsakademien (KVA), 2007 valdes han in som ledamot i Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademien (IVA), och 2011 erhöll han ett stipendium i Åke Svenssons namn från SAAB.
Han är biträdande redaktör för EURASIP Advances in Signal Processing och IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems.