Ricercatore Cnr dal 1966, i suoi interessi di ricerca si sono focalizzati sullo sviluppo cognitivo dei bambini, sul pensiero e il comportamento infantile. Da molto tempo si interessa del rapporto tra il bambino e la città, e conseguentemente ha creato il Progetto internazionale “La città dei bambini”, che promuove l’autonomia e la partecipazione dei bambini alla vita della città e costituisce il perno del Laboratorio di Psicologia della Partecipazione infantile dell’ Istc-Cnr, di cui Tonucci è responsabile. Dal 1968, con lo pseudonimo di FRATO, pubblica vignette satiriche sui temi dell'educazione. Le sue vignette sulla vita dei bambini sono state tradotte in castigliano, catalano, gallego, francese e portoghese
