Las actividades que desempeña el Laboratorio son particularmente intensas, ya que no conciernen exclusivamente a las colecciones expuestas en los Museos, sino también a los ambientes que las albergan, que son asimismo patrimonio artístico de la Santa Sede: un claro ejemplo de ello son el Apartamento Borgia, las Estancias de Julio II pintadas por Rafael y, por excelencia, la Capilla Sixtina. Precisamente la restauración de esta última (1979-1993) se cuenta entre las intervenciones más largas jamás realizadas por los restauradores del Vaticano y representa uno de los eventos culturales más significativos de fines del siglo XX.

En particular, el personal del Laboratorio trabaja constantemente en el estudio, la gestión y realización de intervenciones de restauración (tanto obras movibles sobre tabla como imponentes áreas en obras), la manutención ordinaria de las colecciones de los Museos y el control preventivo de las piezas que son objeto de préstamos temporales.
En el caso de las obras en préstamo, se llevan a cabo inspecciones para verificar sus condiciones y sucesivamente se elaboran condition reports donde están recopilados todos los datos necesarios para establecer el consentimiento o disentimiento al préstamo. La valiosa colaboración con la Oficina de Exposiciones también prevé para los restauradores la participación en las exposiciones en calidad de “correos”, una función que implica tanto el control de las condiciones de la obra antes y después de su embalaje, como el control de las fases de montaje en la sede expositiva.

El Laboratorio dedica extrema atención a la recuperación de las obras doradas y al sector de los soportes lignarios, en particular a la rehabilitación y a la evolución de los sistemas de contención. Asimismo, se presta suma atención a la restauración de las superficies históricas decoradas.

Especialmente en los últimos años, el Laboratorio se ha dedicado a una revisión técnica de la metodología de análisis e intervención: la introducción de técnicas innovadoras de biorestauración es un ejemplo claro de ello. El uso de microorganismos no patógenos seleccionados en las operaciones de limpieza y mantenimiento de pinturas resulta, en efecto, más eficaz y seguro que el uso de solventes tradicionales, con enormes ventajas tanto para quien lleva a cabo el trabajo como para las superficies tratadas.