Область научно-практических интересов включает изучение инфекционных эндокардита и перикардита, артериальной гипертензии, системной красной волчанки и антифосфолипидного синдрома.
Под руководством А.А. Демина создан Центр инфекционного эндокардита.
Автор 715 научных работ в ведущих отечественных и международных изданиях,8 монографий. Подготовил 6 докторских и 16 кандидатских диссертаций.
На сайте Всероссийского научного общества кардиологов (ВНОК) А.А. Дёминым создана вэб-страница секции «Инфекционные болезни сердца» (2003).
Одним из первых в России А.А. Дёмин начал преподавание в вузе клинической фармакологии: в 1975 г. создал отдельный курс на кафедре, в 1976 г. опубликовал монографию «Клиническая фармакология: фармакотерапия основных клинических синдромов, в 1978 г. – в «Терапевтическом архиве» лекцию «Введение в клиническую фармакологию».
Участник международных многоцентровых клинических исследований по артериальной гипертензии, острому коронарному синдрому, антибиотикам и др.
Член редакционных советов журналов „Клиническая медицина”, «Клиническая нефрология» и „Клиническая антимикробная химиотерапия”, «Кардиоангиология и ревматология», с 2000 г. председатель защитного совета НГМУ по внутренним болезням и кардиологии, член Проблемной комиссии МЗ РФ по внутренним болезням, соавтор федеральной учебной программы для вузов “Внутренние болезни”, член Правления Российского научного общества терапевтов, Ассоциации работников клинической микробиологии и антимикробной терапии, член Европейских кардиологического и респираторного обществ, председатель секции «Инфекционные болезни сердца» Правления Всероссийского научного общества кардиологов.
Действительный член Российской академии естественных наук, Нью-Йоркской Академии наук, Международной академии наук высшей школы.
