Hlavním oborem jejího odborného zájmu je časový program savců včetně člověka, tj. řízení a molekulární mechanismy cirkadiánních, tj. zhruba denních rytmů a rytmů sezónních a jejich synchronizace s vnějším dnem. Publikovala přes 100 článků v impaktovaných časopisech, jednu monografii a více kapitol v knihách a dle databáze ISI je od r. 1981 veškerý ohlas na tyto práce vyšší než 2000. Je členkou Poradního výboru Společnosti pro výzkum biologických rytmů se sídlem v USA, výboru Klubu melatoninu se sídlem ve Francii, členkou Učené společnosti České republiky apod. Je zvána jako přednášející nebo předsedající sekcí na četné mezinárodní konference a sympozia, např. od r. 1989 4x na Gordon konference, 2x na Evropský endokrinologický kongres, na NIH a Cold Spring Harbour konferenci apod.
V současnosti je Helena Illnerová členkou vědecké rady UK a 3 jejích fakult, vědecké rady Masarykovy univerzity a FGÚ AV ČR a členkou Rady Národního muzea. Je též členkou Evropského poradního výboru pro výzkum a Velké poroty pro Descartovu cenu EU za výzkum.