En investigación El Dr. Takeuchi fue uno de los pioneros en la aplicación de la teoría del funcional de la densidad en superficies e interfaces, impulsando su uso en México desde 1994. Además, ha sido clave en la formación y consolidación de grupos de cálculos de primeros principios en el Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM, en el Instituto de Física de la BUAP, en el Departamento de Física de la Universidad Nacional de Colombia y en las Facultades de Ciencias Físico Matemáticas, de las Universidades Autónoma de Coahuila, y de Nuevo León.
Además, Noboru Takeuchi ha sido un impulsor de la nanotecnología en América Latina. Fue coordinador del hoy posgrado en Nanociencias del CICESE-UNAM, además de participar en la elaboración de programas y cursos de varias Licenciaturas de Nanotecnología en México. Fue fundador y hasta 2014 editor en jefe de Mundo Nano: Revista Interdisciplinaria en Nanociencias y Nanotecnología y de los eventos Nanomex, encuentros interdisciplinarios de Nanociencias y Nanotecnología. Su libro Nanociencia y Nanotecnología es referente en el campo de la nanotecnología y es leído por jóvenes de preparatoria y licenciatura. Fue miembro fundador de la Red Iberoamericana de Divulgación y Formación en Nanotecnología, un ambicioso proyecto del Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, CYTED para llevar la nanotecnología a los países de América Latina, España y Portugal.
En la divulgación y promoción de la Ciencia, fue fundador y es coordinador de Ciencia Pumita, un programa de comunicación de la ciencia para niños. El Dr. Takeuchi está comprometido con los sectores más vulnerables de la sociedad: gran parte de sus esfuerzos se han dirigido hacia la niñez y los pueblos indígenas. Entre ellos, su texto Nanotecnología ha sido traducido a 14 lenguas indígenas de México y 2 de Sur América y su texto Cambio Climático a 5 lenguas de México. Estas publicaciones son complementadas con talleres y charlas que el Dr Takeuchi ha impartido en comunidades indígenas remotas