לאחר סיום קורסי החובה ואישור הצעת העבודה על-ידי המועצה המדעית, ניתן להתחיל בביצוע העבודה בפועל. יציאה לתקופת המחקר תיספר החל מתאריך בו אישרה המועצה המדעית. העבודה מתבצעת במשך שישה חודשים רצופים ובמשרה מלאה. ניתן לעשותה במעבדות רפואיות, במעבדות מחקר, במכונים רפואיים או במחלקות בתי החולים .
על המתמחה לתעד תקופה זו בפנקס ההתמחות.
בתום תקופת המחקר על המתמחה להגיש דו"ח מחקר (תוך שנתיים מתום התקופה).
הדו"ח ייכתב בהתאם לנוהלי הגשת הדו"ח הסופי של עבודת מדעי היסוד, כולל אישור רשמי של המנחה על ביצוע המחקר לשביעות רצונו/ה.