Egyetem után az I. számú Anatómiai Intézet munkatársa lett. Adjunktusi kinevezését 1960-ban kapta meg. Ezt követte 1972-ben az egyetemi docensi, majd 1980-ban az egyetemi tanári kinevezés. 2003 óta professzor emeritus. Vezette a Neuromorfológiai labort 1995-ig, majd az MTA és az egyetem közös Neuromorfológiai Kutatócsoportjának élére választották.

Vendégprofesszorként több alkalommal járt Utrechtben, San Diegóban, Caracasban, Milánóban, Irvine-ban. Az Egyesült Államokban 1980. óta évente 6 hónapot tölt a National Institute of Mental Health bethesdai kutatólaboratóriumában, ahol jelenleg tudományos tanácsadó. Munkacsoportja jelenleg 11 nemzetközi tudományos kollaborációban vesz részt. Igazgatója az általa alapított Humán Agyminta Bank Budapestnek, mely tagja a BrainNet II, Euro-6 konzorciumnak. Rendes tagja a Magyar Tudományos Akadémiának.

Szakterülete, fő érdeklődési köre az idegtudományok, ezen belül is a neuroanatomia, neuroendokrinológia. Az agy finomszerkezetének, idegpályáinak anatómiai és kémiai vizsgálata, hormonális működésének és alapvető élettani tevékenységének idegrendszeri szabályozása témakörben végzett kutatásainak számos eredménye világszerte tankönyvi adattá vált. Munkatársaival megalapozta a neuroanatómia új ágát, a KÉMIAI NEUROANATÓMIÁt. Nevéhez fűződik több, kísérletes agyműtét bevezetése, agyi idegpályák topográfiai leírása, valamint a róla elnevezett agyi mikrodisszekciós technika kidolgozása.

Az egyik legtöbbet idézett magyar orvosbiológiai és természettudományos kutató. Tanítványai közül többen hosszabb tanulmányúton vehettek részt a világ vezető laboratóriumaiban, 44 munkatársa, tanítványa szerzett tudományok doktora, kandidátusa, vagy PhD fokozatot. Több kiemelkedő díj tulajdonosa (a teljesség igénye nélkül): 1976. - Akadémiai Díj, 1995. - Szentgyörgyi Albert díj, 1993. - Rienecker Award and Gold Medal, 2001. Hemingway-Szabó György díj. 1978-ban és 1997-ben Nobel díjra jelölték.

Dr. Palkovits Miklós munkássága révén nemcsak kerületünknek, hanem Budapestnek, Magyarországnak szerzett vitathatatlan hírnevet. Tudományos munkássága, kiemelkedő szakmai tudása, lelkiismeretes, példamutató életpályája, a tanítványokért, munkatársakért küzdő, Nobel-díjra kétszer is jelölt orvos-kutató elismeréseként Budapest Főváros Kőbányai Önkormányzat Képviselő-testülete 1201/2010.(V.20.) számú határozatával "KŐBÁNYA DÍSZPOLGÁRA" kitűntető címet adományozott.