Bierkens doet onderzoek naar hoe grondwater op een duurzame manier voor irrigatie gebruikt kan worden, met het oog op de toenemende wereldbevolking in de aankomende decennia. Zijn onderzoeksgroep werkte mee aan het in kaart brengen van wereldwijde waterschaarste en grondwateruitputting en de verzilting van grondwater van kusten en delta’s. Naast zijn werk voor de Universiteit Utrecht is Bierkens ook onderzoeker bij TNO/Deltares. Hij was mede-organisator van de IAHS ModelCARE conferentie in 2005 in Nederland en is (co-) auteur van ongeveer 250 publicaties, waarvan > 190 in internationale peer-reviewed tijdschriften verschenen.