Ses recherches concernèrent surtout des sujets d’analyse mathématique, particulièrement les équations différentielles, l’analyse fonctionnelle et l’analyse complexe ; mais il étudia également le calcul des variations, la théorie des groupes, la géométrie non euclidienne et la géométrie projective.
Lors de la première guerre mondiale, il s’intéressa à des sujets plus appliqués, comme la précision de l’artillerie ; après la guerre il continua dans cette optique, appliquant les résultats de ses études précédentes, notamment en électronique et en acoustique.
En 1939, alors que Fubini, à 60 ans, approchait de la retraite, l’Italie de Mussolini adopta les lois raciales fascistes déjà prônées depuis des années par les nazis. En tant que juif, Fubini fut radié du Politecnico de Turin en 1938. Il se mit à craindre pour sa famille et accepta un poste d’enseignant qui lui était proposé par l’université de Princeton. Il mourut à New York quatre ans plus tard.
