Hans forskningsfelter er ferskvannsøkologi, med særlig vekt på akvatisk biodiversitet.[7] Ved siden av sitt faglige arbeid har han særlig vært opptatt av filosofi, evolusjonsbiologi og menneskesyn i sine populærvitenskapelige arbeider.
Lindholm har publisert mer enn 70 fagartikler og -rapporter, samt 150 artikler om populærvitenskapelige emner. Han har utgitt fire bøker, blant annet bøkene Jordens ansikt (1996), Evolusjon: Naturens kulturhistorie (2012), Nysgjerrighet (2021) og Barbeint i AmazonasHistorien om Alfred Russel Wallace (2022), der Evolusjon: Naturens kulturhistorie innbrakte ham Bokhandelens fagbokpris. Evolusjon: Naturens kulturhistorie ble godt mottatt i pressen og norske fagblader,[8] men møtte kritikk fra professor Glenn-Peter Sætre og arkeolog Håvard Hegdal som mente at Lindholm drev en kritikkverdig sammenblanding av biologi og ideologi.[9] I 2021 utga han fagboka Nysgjerrighet. Dybdelæring i informasjonssamfunnet.
^Biolog Dag O. Hessen mente at «Lindholms prosjekt er trygt forankret i Darwin» (Morgenbladet 29. november 2012), og Erik Steineger, også han biolog, kalte boka «en skattkiste for alle biologiinteresserte» (Klassekampen 25. august 2012). Ifølge tidsskriftet Biolog (nr 3/2012) var boka «en påminnelse om det fantastiske mangfoldet i naturen og kompleksiteten i organismenes livshistorier og utvikling». Tidsskriftet Fauna (nr 65/3, 2012) sammenlignet boka med Richard Attenborough, og tidsskriftet Naturen (nr 1/2013) omtalte den som tankevekkende, faglig solid og forankret i «et vell av spennende eksempler».