Il a contribué à la théorie de la dynamique mésoscopique des plasmas de fusion à confinement magnétique et, en particulier, il a fait progresser la compréhension de la propagation de la turbulence.

Il a joué un rôle de premier plan dans le développement des simulations pilotées par les flux et a en particulier inspiré la construction et l'exploitation du code gyrocinétique GYSELA.

Il a apporté d'importantes contributions à la physique de la barrière de transport interne et à la compréhension des instabilités de plasma de bord. Ses travaux ont permis d'améliorer le confinement du plasma de fusion, aussi bien pour le tokamak européen JET (Joint European Torus) en service au Royaume-Uni, que pour le futur démonstrateur international de fusion ITER, en construction à Cadarache.

Xavier Garbet a également reçu la médaille d'argent du CNRS en 2010 et le prix Holweck de la Société française de physique en 2019.

Le prix Alfvén, du nom de l'astrophysicien suédois prix Nobel de physique en 1970, a été créé en 2000 par la Division de la physique des plasmas de la Société européenne de physique (EPS en anglais) afin de mettre en visibilité des résultats qui ont déjà façonné le domaine de la physique des plasmas ou qui ont démontré leur potentiel pour un avenir proche.