Il DAME è organizzato in circa 20 tra laboratori e reparti clinici che lavorano in una vasta gamma di settori e diverse tematiche, che prevedono approcci multidisciplinari, che spaziano dalla ricerca di base a quella clinica e traslazionale. 

I laboratori di ricerca di base sono organizzati in strutture comuni (di citofluorimetria e cell sorting, live-imaging, microscopia confocale, microscopia a forza atomica, spettrometria di massa, risonanza magnetica nucleare), in cui sono raccolte le strumentazioni a formare una piattaforma tecnologica accessibile ai ricercatori e che offrono anche aggregazioni scientifiche e collaborazioni. La presenza di un luogo che permetta di svolgere una ricerca multidisciplinare consente di avere una buona attrattiva nei confronti di ricercatori che vogliano svolgere una ricerca competitiva ed, inoltre, fornisce il supporto tecnologico per poter condurre ricerche innovative e partecipare a bandi di ricerca altamente competitivi.

I ricercatori del DAME studiano i meccanismi che regolano l’espressione genica, così come le vie di trasduzione del segnale che controllano la differenziazione specifica delle cellule staminali, l’angiogenesi, l’omeostasi tissutale, la linfopoiesi. Nelle ricerche svolte, soprattutto nelle scienze di base vi è un forte focus nello studio del cancro. In particolare, si studiano i meccanismi di riparazione del danno al DNA nelle cellule tumorali; la capacità del cancro di costruire attorno a sé un microambiente infiammatorio ideale per la propria proliferazione; definire come alcuni oncogeni influenzano i cambiamenti epigenetici di specifici tumori; si analizza il ruolo delle sequenze a blocchi di guanina nella regolazione del gruppo di oncogeni Ras. Fine ultimo di queste ricerche è trovare nuovi marcatori utili per la diagnosi o bersagli di nuove terapie mirate. La forte integrazione tra le componenti di ricerca di base e clinica trovano loro dimostrazione nei nuovi approcci alla terapia della patologia neoplastica sviluppati in collaborazione con chirurghi e oncologi clinici.

Altro campo di interesse è lo studio del sistema immunitario, al centro di recenti progressi nel campo della biomedicina, specialmente per quello che riguarda la progettazione razionale di strategie di vaccinazione contro agenti infettivi, lo sviluppo di terapie basate sull'utilizzo di peptidi antimicrobici, lo studio di approcci innovativi alla terapia dei tumori e delle malattie autoimmuni. I ricercatori del DAME applicano le tecniche proprie della biologia cellulare e molecolare per studiare il processo che regola le risposte immunitarie indesiderate che causano malattie autoimmuni come l'artrite reumatoide e le patologie autoimmunitarie, le allergie e le malattie da ipersensibilità come le patologie autoimmuni, le immunodeficienze e le patologie neoplastiche delle cellule del sistema stesso.

Un altro filone di ricerca che è sviluppato al DAME studia gli adattamenti fisiologici all'esercizio ed i fattori che ne limitano la tolleranza in attività sportive (ad esempio, le gare di resistenza, le maratone e le ultra - maratone), in soggetti sani e in pazienti (che presentano patologie tra cui l’obesità, le miopatie metaboliche, le malattie cardiovascolari) e in diverse condizioni ambientali (ad esempio, microgravità e ipossia).

Un ulteriore sfida che la medicina sta affrontando è cercare di individuare le cause che hanno portato all'aumento di patologie croniche come il cancro o delle malattie neurodegenerative. I ricercatori del DAME, utilizzando approcci epidemiologici, studi retrospettivi e validazione in laboratorio dei dati ottenuti, utilizzando sia modelli statistici/matematici che modelli in vitro di iterazione cellule-ambiente, tentano di chiarire i meccanismi biologici di base, da cui dipende l'interazione dinamica tra l'ambiente e le sostanze inquinanti ed i tessuti, che causano i danni genetici che sono presenti nel cancro o che sono alla base delle patologie neurodegenerative. Si cerca di definire target molecolari che permettano di sviluppare nuove classi di molecole che possano permettere di prevenire o curare il cancro o le patologie neurodegenerative. Inoltre, nuovi approcci alla terapia delle malattie sono sviluppate da chirurghi e oncologo clinico.

Le malattie neurologiche rappresentano un complesso problema medico con un elevato impatto socioeconomico e pone importanti quesiti sul funzionamento del cervello umano. I ricercatori del DAME uniscono approcci cellulari e molecolari allo studio delle neuroscienze e ricerca clinica in ambito neurologico per definire i meccanismi di formazione dell’amiloide in paziente con patologie come l’Alzheimer, ma grazie anche alla collaborazione e agli studi della componente più clinica del Dipartimento, si sono sviluppati innovativi approcci al rallentamento della deposizione delle fibre di amiloide.

Nel campo della Public Health i ricercatori del DAME sono attivi nello studio e messa a punto di modelli epidemiologici per la definizione ed il monitoraggio dei fattori di rischio per la salute, particolarmente nel campo ambientale e nutrizionale, nello studio e sviluppo di modelli per il supporto decisionale a partire dai dati epidemiologici e gestionali delle organizzazioni sanitarie, nello sviluppo di modelli organizzativi particolarmente nel campo del miglioramento della sicurezza dei pazienti e della qualità nelle organizzazioni sanitarie e nello studio delle correlazioni medico-legali e deontologiche.

Non ultimo, il DAME è all'avanguardia nella ricerca nel campo della medicina rigenerativa e nella implementazione delle tecnologie, frutto di un'intensa attività di ricerca di base, clinica e traslazionale, atte a portare al letto del malato le ultime scoperte nel campo delle cellule staminali, e riparare organi adulti umani danneggiati con l’intento di restituire loro l’integrità strutturale e funzionale dell’organo sano.