O laboratório conduz pesquisas baseadas principalmente em neuroimagem aplicada à pesquisa em neurociências, neurologia e psiquiatria, dentre outras. Utiliza técnicas de neuroimagem estrutural e funcional para estudo do cérebro e as suas associações às funções cognitivas e comportamentais em pacientes e sujeitos saudáveis, com especial interesse em: recursos cognitivos, atenção, regulação emocional, estados afetivos, imagética mental e integração sensório-motora. Seus projetos de pesquisa abordam os sistemas nervoso e cardiorespiratório com aplicação em saúde mental incluindo dor crônica, transtornos de depressão e ansiedade e estudos de psicofarmacologia.

Os alunos e egressos que participam das pesquisas são vinculados, principalmente, no programa de pós-graduação da radiologia e no programa de pós-graduação da cardiologia. Em diversos projetos em andamento, criou-se um grupo interdisciplinar característico da neurociência moderna. 

Além da ressonância magnética funcional (fMRI) e outros métodos avançados de neuroimagem, o laboratório também conta com recursos e expertise em medidas de variabilidade da frequência cardíaca (VFC), biofeedback, testes cognitivos e comportamentais incluindo escalas psicométricas. 

A maioria dos recursos foram adquiridos em projetos aprovados para financiamentos de agências de fomento nacionais e internacionais, incluindo FAPERJ, CAPES e CNPQ. Além disso, alguns projetos são multicêntricos e contam com a parceria de instituições públicas e privadas.