Les travaux de recherche de Catherine Ratelle s'axent autour de la motivation et des relations interpersonnelles. Une grande partie de ses travaux portent sur les déterminants interpersonnels et intrapersonnels de la motivation scolaire. À ce titre, elle a travaillé sur des projets visant à étudier le rôle du soutien et du contrôle ainsi que du conflit entre l'école et les loisirs pour expliquer la motivation envers les études et les loisirs. Ses projets plus récents ont examiné le rôle du style interpersonnel des parents comme prédicteurs du fonctionnement et de la persévérance scolaire chez les étudiants. Elle s'intéresse particulièrement au développement de la motivation scolaire et à l'analyse de la complexité des profils scolaires notamment en ce qui a trait aux trajectoires développementales de motivation et d'efficacité personnelle. Elle a codirigée une étude longitudinale qui visait à identifier les facteurs qui pouvant contribuer à la persévérance et à la réussite scolaires des élèves lors d'une transition (passage du primaire au secondaire, etc.) ainsi qu'à  observer le cheminement scolaire des jeunes en cours d'études afin de mieux comprendre pourquoi des élèves persévèrent alors que d'autres abandonnent l'école. Elle codirige actuellement une étude examinant la contribution des comportements des parents dans la prise de décision vocationnelle selon une approche motivationnelle et où un des objectifs consiste à identifier les facteurs qui contribuent aux comportements soutenants et entravant des parents durant la prise de décision vocationnelle de leur enfant. Finalement, elle s'intéresse à l'engagement et aux dynamiques relationnelles dans les relations familiales et amoureuses. Un nouvel axe de recherche s'articule autour des déterminants de l'engagement des pères et du rôle de la mère comme facteur déterminant de la motivation et du niveau d'engagement des pères dans les soins des enfants.