Основні напрямки наукової діяльності зосереджені на розвитку в Україні нової перспективної і актуальної медико-біологічної дисципліни – регенеративної медицини, на дослідженні генетичних аспектів розвитку найбільш поширених захворювань, їх лікування та профілактики, на розробці, створенні і використанні нових молекулярно-генетичних, генно-клітинних біотехнологій в медицині. Велика увага в науковій роботі Г.М. Бутенка приділяється фундаментальним дослідженням біології стовбурових клітин, обґрунтуванню можливості їх використання в лікуванні захворювань серцево-судинної системи, нейродегенеративних захворювань, патологій опорно-рухового апарату, вікової патології, оцінці ризику біологічної безпеки використання нових технологій в регенеративній медицині. 

Автор понад 430 наукових праць, у т.ч. 5 монографій, 4 посібників, 1 підручника для вищих медичних закладів, 7 авторських свідоцтв. Підготував 2 доктора та 17 кандидатів наук.

Голова комісії з імунологічних лікарських засобів та продуктів генних технологій Державного фармакологічного центру МОЗ України, член правління наукових товариств з геронтології та геріатрії; з імунології, алергології та імунореабілітації; з патологічної фізіології; член редколегій 5 наукових журналів.

Основні наукові праці: "Активные механизмы нарушения функций в процессе старения» (1990); "Старение иммунной системы" (1998); "Остеопороз и иммунная система» (2002); "Возрастные изменения как предпосылка к возникновению возрастной патологии» (2002); "Генетические аспекты старения и возрастной патологии" (2008); «Long-term fate of grafted hippocampal neural progenitor cells following ischemic injury» (2014); «Effects of neural crest-derived multipotent stem cells on regeneration of an injured peripheral nerve in mice» (2015); «Plasticity of bone marrow-derived stromal cells at grafting onto neural tissue after ischemic injury in vitro» (2015); «Effect of transplantation of adipose-derived multipotent mesenchymal stromal cells on the nervous tissue and behavioral responses in a mouse model of periventricular leukomalacia» (2015); «The rejuvenation of the immune system: physiological, cellular and molecular mechanisms» (2016). 

Служб.: 04114, м. Київ, вул. Вишгородська, 67, каб. 76. ДУ "Інститут генетичної та регенеративної медицини НАМН України". Тел.: (+380) 44 432-99-83.