לאחר סיום קורסי החובה ולאחר קבלת אישורה של המועצה המדעית על הצעת המחקר, ניתן להתחיל בביצוע העבודה בפועל וזאת החל מתאריך שאישרה המועצה המדעית.
עבודת המחקר תתבצע במשרה מלאה, במשך שישה חודשים רצופים ובמסגרת ההתמחות. ניתן לעשותה במעבדות רפואיות, במעבדות מחקר, במכונים רפואיים או במחלקות בתי החולים.
על המתמחה לתעד תקופה זו בפנקס ההתמחות ובתום תקופת המחקר, תוך שנתיים מסיומה, על המתמחה להגיש דו"ח מחקר.