Η κύρια μουσικολογική ενασχόληση του Δημήτρη Κοτρωνάκη είναι η διδακτορική διατριβή που λαμβάνει χώρα στο τμήμα Μουσικών Σπουδών του Πανεπιστημίου της Αθήνας και έχει ως θέμα: "Έλληνες συνθέτες για κιθάρα στον εικοστό αιώνα". Επιβλέπων καθηγητής είναι ο Ίων Ζώτος.
 Η έρευνα αυτή έχει αποφέρει έως τώρα αρκετούς καρπούς: 200 περίπου Έλληνες συνθέτες και 1000 περίπου μουσικά έργα, από τα οποία τα 40 είναι κοντσέρτα για κιθάρα και ορχήστρα. Σημαντική εργασία ήταν η ενδελεχής έρευνα του προσωπικού αρχείου του Κυριάκου Τζωρτζινάκη, 18 χρόνια μετά τον θανατό του.
Παράλληλα, ασχολείται με τρεις κιθαριστικές προσωπικότητες του απόδημου Ελληνισμού που στο παρελθόν διέπρεψαν ως κιθαριστές, συνθέτες και δάσκαλοι, αλλά που λίγοι γνωρίζουν ότι ήταν συμπατριώτες μας. Τον Μιχάλη Αυλωνίτη (Miguel Abloniz) (1917-2001), τον Αλέξανδρο Χατζηιωάννου (Alexandre Lagoya) (1929-1999) και τον Σοφοκλή Πάπα (Sophocles Papas) (1893-1986).