Основными направлениями научной деятельности А. Е. Метлина являются изучение молекулярно-биологических и антигенных характеристик полевых изолятов и вакцинных штаммов вируса бешенства, а также молекулярная эпизоотология бешенства на территории РФ, создание современных средств и методов диагностики бешенства, оценка эффективности антирабической иммунизации диких и домашних видов животных. Под руководством А. Е. Метлина впервые разработана и внедрена на территории РФ система межлабораторных сличительных испытаний по диагностике бешенства, а также система эпизоотологического мониторинга данного заболевания, разработаны и успешно реализованы программы международного сотрудничества в области борьбы и профилактики бешенства между Россией и рядом зарубежных стран (Финляндия, ЕС, Эфиопия). В результате проделанной работы сохранено благополучие по бешенству Финляндии и Республики Карелия, полностью искоренено бешенство на территории Калининградской области. Разработан и утвержден «Комплекс совместных действий государств – участников СНГ по профилактике и борьбе с бешенством на период до 2025 г.». А. Е. Метлин является автором и соавтором свыше 60 научных публикаций, в том числе монографии, 2 патентов на изобретения.