Главно научно интересовање др Марије Михаиловић јесте разумевање на који начин поремећаји у синтези протеина (превођењу мРНК) доприносе настанку људских болести, пре свега неуропсихијатријских поремећаја, са циљем откривања нових метода превенције, стратификације пацијената и третмана. Током докторских студија (болница Сан Рафаеле у Милану и ЕМБЛ у Хајделбергу), као и прве постдокторске обуке (Центар за регулаторну геномику – ЦРГ, Барселона), стекла је богато искуство у области регулације транслације. Након тога прелази у област протеомике (Европски институт за онкологију – ИЕО, Милано), а затим се прикључује групи за моделовање болести и неурогеномику (ИЕО и Human Technopole, Милано). У оба истраживачка окружења њено интересовање и стручност у области регулације транслације усмерили су је на проучавање улоге поремећене синтезе протеина и биологије РНК у развоју болести.

У септембру 2023. године Марија се придружила ИМГГИ и Групи за интеракције пробиотика и микробиоте са домаћином. Њено тренутно истраживање фокусирано је на то како микробиота утиче на експресију гена на нивоу РНК, од искрајања до регулације транслације, код поремећаја из аутистичног спектра (АСД). Такође, има за циљ да развије платформу за тестирање лекова заснованих на метаболитима који зависе од микробиоте, са фокусом на обољења мозга.