Spécialiste de la poésie de la Renaissance anglaise, Rémi Vuillemin s’intéresse au sonnet des XVIe et XVIIe siècles, au pétrarquisme, à la réception et la théorisation de la poésie lyrique, dans une approche combinant analyse textuelle, histoire du livre et considération des dynamiques interculturelles. Ses travaux participent en France d'un regain d’intérêt pour la poésie (notamment du XVIe siècle) dans un champ d’études dominé par le théâtre ; sur le plan international, ils constituent une mise à jour importante sur l’œuvre du poète Michael Drayton (1563-1631), sur le sonnet et le pétrarquisme anglais. Son projet de recherche en cours s’interroge sur la notion de « sonnet sequence », et plus généralement sur l’ordonnancement des recueils de poésie lyrique renaissants, dans une perspective à la fois historique et historiographique.