Ο Ιωάννης Αντωνίου, έχει διερευνήσει διάφορες ποικίλες εκφάνσεις Πολύπλοκων Συστημάτων με τον Ilya Prigogine (Nobel Prize 1977) από το 1982 στα Διεθνή Ινστιτούτα Solvay στις Βρυξέλλες, όπου υπηρέτησε ως Αναπληρωτής Διευθυντής από το 1994 ως το 2004. Από το 2001 διδάσκει Θεωρία Πληροφορίας, Χάος και Μοντελοποίηση Πολύπλοκων Συστημάτων στο Τμήμα Μαθηματικών του ΑΠΘ. Είναι συνιδρυτής και Διευθυντής του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών στην Επιστήμη του Διαδικτύου 2009-2014 και της μετεξέλιξης του στο πρωτοποριακό Διατμηματικό Πρόγραμμα στα «Πολύπλοκα Συστήματα και Δίκτυα» 2014-2022, στο Aριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης.
Η έρευνα του περιλαμβάνει Μαθηματική και Υπολογιστική Ανάλυση Πολύπλοκων Συστημάτων και Δικτύων με Εφαρμογές σε Γνωσιακή Επεξεργασία. Είναι επίτιμος καθηγητής στα Πανεπιστήμια Αγ. Πετρούπολης και Lomonosov Mόσχας, έχει τιμηθεί με 5 Βραβεία (Bραβείο Αριστείας και Καινοτομίας για το έτος 2009 για την Διεθνή Αναγνώριση του ΑΠΘ, Bραβείο Prigogine για το έτος 2008, Wessex Institute (UK) και Πανεπιστήμιο Siena (Italy), JINR Applied Physics Research Price για το 2002, για την «Ανάπτυξη Στατιστικού Μοντέλου Διακίνησης Πληροφορίας στο Διαδίκτυο», το Μετάλλιο Kapitza για το Ετος 1998 , από την Ρωσική Ακαδημία και το Βραβείο De Donder από την Βελγική Ακαδημία για την περίοδο Ιανουάριος 1991- Δεκέμβριος 1993.
Εχει υπηρετήσει ως Α΄Αντιπρόεδρος της Ελληνικής Μαθηματικής Εταιρίας, 2013-σήμερα, είναι Συνιδρυτής και Μέλος του Διοικητικού Συμβουλίου του Διεπιστημονικού Κέντρου Αριστοτελικών Μελετών του ΑΠΘ, από το 2012-σήμερα, είναι συνιδρυτής και Αναπληρωτής Διευθυντής της Μονάδος Σημασιολογικού Ιστού του ΑΠΘ, 2012-2015 και Mέλος του Επιστημονικού Συμβουλίου του International Joint Institute for Nuclear Research (JINR), στην Dubna, Ρωσίας, 2001- 2014