Le linee di ricerca della Fisica applicata riguardano lo sviluppo di sistemi di Bio-Nano-Fotonica e applicazioni della Fotonica alle bio e nanoscienze. In particolare l'attività di ricerca è volta a progettare, fabbricare e caratterizzare nuovi materiali su scala nanometrica, e a valutare le possibili applicazioni alle bioscienze, studiando biomolecole, batteri, virus, cellule e in prospettiva tessuti. A tale scopo vengono utilizzati modelli teorici e numerici per studiare la dinamica e le interazioni di queste applicazioni e le eventuali mutazioni. Tale approccio prevede inoltre la combinazione con l'indagine della Dinamica Ultraveloce di molecole di interesse biologico basata sui metodi ottici ultraveloci e sull'uso di radiazioni ionizzanti. Un'altra linea di ricerca è rappresentata da studi di radioprotezione nel paziente, nel lavoratore esposto a radiazioni ionizzanti, nella popolazione generale e nell'ambiente. Inoltre, mediante metodi Monte Carlo, sono condotti studi per la valutazione dell'efficacia delle schermature, in termini di attenuazione, impiegabili nello spazio per ottimizzare la dose assorbita dagli astronauti.