Вадим Ротенберг здобув медичну освіту та спеціалізувався в галузі психіатрії. Брав участь у розробці концепцій психологічного захисту, вивчав змінені стани свідомості, зокрема гіпноз. Його роботи зі сну зробили великий внесок у сучасне розуміння функцій різних стадій сну, особливо парадоксальної. У тридцять сім років захистив докторську дисертацію з психіатрії, присвячену дослідженню сну людини, ставши таким чином одним із наймолодших докторів наук у галузі медицини в СРСР. Разом із В.Аршавським є автором теорії пошукової активності – глобальної концепції, спрямованої на пізнання поведінки та психіки людини та тварин.