Les domaines de recherche de Sylvain Caron touchent à la musique française sous la 3e République (1871-1939), à la musique religieuse et aux rapports entre interprétation, analyse et expression. Son enseignement se partage entre l'harmonie, le contrepoint, la fugue, la mélodie française, les relations entre musique et symbolisme, et à l'approche comparative entre musique et beaux-arts.

• Musiques numériques et musicologies numériques, recherche d'information musicale (music information retrieval)
• Musicologie de l'interprétation (performance studies)
• Étude du timbre instrumental et vocal, de la production par le geste de l'interprète à la perception par l'auditeur, et suivant différentes perpectives disciplinaires (acoustique, biomécanique, cognition et perception)
• Application des méthodes d'analyse issues du domaine de l'acoustique et de l'informatique musicale à l'étude l'interprétation en musique
• Analyse des paramètres sonores de l'inteprétation participant à l'expression des styles, des caractères et des émotions en musique
• Analogies voix/musique (l'instrument de musique comme extension de la voix humaine)
• Santé et bien-être des musiciens