Aufgabe der Abteilung ist es, die Werke ihrer Sammlung zu studieren, mit besonderem Augenmerk auf jenen, die gerade restauriert werden, der Ausgestaltung der Pinakothek-Säle I. und II., in denen mittelalterliche Werke ausgestellt sind, sowie Saal XVIII., der den Ikonen gewidmet ist. Ständige Ausstellungen und zeitweilige Museumsgestaltungen, didaktische Aktualisierungen, Konferenzen und Studientage gehören ebenfalls zu den Aktivitäten der Abteilung.

Mit dem Ziel, das künstlerische Erbe immer besser zur Geltung zu bringen, wurde der Fokus im Rahmen des wissenschaftlichen Austausches und der Zusammenarbeit mit anderen italienischen Forschungsinstituten in den letzten Jahren besonders auf den Herkunftskontext der Kunstwerke gelegt. Ein wichtiges Beispiel ist die Restaurierung der Predella mit Geschichten des hl. Stephanus von Bernardo Daddi aus Anlass ihrer zeitweiligen Ausstellung in Prato, wo dieses Werk auch zuhause ist. Für die Ausstellung Legati da una cintola. L’Assunta di Bernardo Daddi e l’identità di una città (8.9.2017–25.2.2018) wurde die Predella wieder mit dem Altarbild vereint, das ursprünglich eine doppelte Predella besaß. Nach demselben Kriterium restauriert und untersucht wurden auch die beiden wertvollen Werke aus Montefalco, die dann in die vatikanischen Sammlungen eingeflossen sind: das Altarretabel mit der Kreuzigung und Geschichten des hl. Blasius und der hl. Katharina, ehemals in der Heilig-Kreuz-Kapelle, das dem sogenannten Ersten Meister der sel. Klara von Montefalco zugeschrieben wurde; und das Polyptychon mit Kreuzigung und Passionsgeschichten, das sich ehemals in der Kirche des hl. Franz befand und dem Meister von Fossa zugeschrieben wird. In der Museumskirche San Francesco in Montefalco wurden die beiden Werke anlässlich der Ausstellung Capolavori del Trecento. Il cantiere di Giotto, Spoleto e l’Appennino (24.6–4.11. 2018) gezeigt.           

Eines der bedeutungsvollsten Restaurierungsprojekte der letzten Jahre war das der Madonna dei Battuti, die Vitale von Bologna um 1350 für das Oratorium der Bruderschaft der „Battuti Bianchi“, in Ferrara gemalt hat. So konnte das ursprüngliche Aussehen des Gemäldes wieder zutage treten, das bei einem früheren Eingriff (2013-2014) übermalt und somit stark verändert worden war.
Die Wiederherstellung der Fragmente des Mosaikfrieses des Portikus der nicht mehr existierenden antiken Fassade von St. Johann im Lateran (Ende 12.–Anfang 13. Jh.), die in der Restaurierungswerkstatt für Steinkunst restauriert wurden, war Gegenstand einer eingehenden Studie und einer virtuellen Rekonstruktion, die Anna Maria de Strobel herausgegeben hat.
Die Abteilung hat die Museumsdirektion auch bei der Überwachung der Restaurierung der Salus Populi Romani unterstützt: des berühmten Bildes der Muttergottes mit Kind, Mittelpunkt der Marienfrömmigkeit in Santa Maria Maggiore. Der Eingriff des Labors für die Restaurierung von Gemälden und Objekten aus Holz und des Diagnostiklabors für Konservierung und Restaurierung  (2017–2018), unterstützt von einer intensiven historisch-künstlerischen Forschung, haben zu überraschenden Ergebnissen bezüglich der malerischen Qualität der Ikone und des bisher ungewissen Datums geführt, die derzeit von Guido Cornini veröffentlicht werden.

Das 2016 vom Verlag Edizioni Musei Vaticani herausgegebene Buch von A. Breda, Passion, Devotion, Compassion. Spirituality and ‘empathetic art’ in Europe in the XIV-XVI centuries in the paintings of the Vatican collections erörtert die mystischen und hagiographischen Quellen der mittelalterlichen Gemälde der Pinakothek, mit besonderem Augenmerk auf der emotionalen Beziehung zwischen Gläubigen, Kunstwerk, Auftraggeber und Künstler.