Compito del Reparto è lo studio delle opere della collezione di propria competenza, con particolare approfondimenti per le opere in restauro e attenzione agli allestimenti in Pinacoteca nelle sale I e II, in cui sono esposte opere medievali, e della sala XVIII dedicata alle icone. Mostre e allestimenti temporanei, aggiornamento didattico, conferenze e giornate di studio sono parte delle attività del Reparto.

Con l’intento di valorizzare il patrimonio artistico in questi ultimi anni si è dedicata una particolare attenzione al contesto di provenienza delle opere d’arte nell’ambito di scambievoli rapporti di studio e collaborazione con enti scientifici del territorio. Un significativo esempio è costituito dal restauro della predella con Storie di santo Stefano di Bernardo Daddi che è stata oggetto di un approfondimento scientifico in vista della sua esposizione temporanea nel suo contesto d’origine, a Prato, riunendola alla pala che originariamente comprendeva una doppia predella in occasione della mostra Legati da una cintola. L’Assunta di Bernardo Daddi e l’identità di una città (8.9.2017-25.2.2018). Con lo stesso criterio sono state restaurate e studiate le due preziose opere provenienti da Montefalco, passate poi nelle Collezioni Vaticane: il dossale con Crocifissione e storie di S. Biagio e S. Caterina, già nella cappella di Santa Croce, attribuito al cosiddetto Primo Maestro della Beata Chiara a Montefalco e il polittico con Crocifissione e storie della Passione, già nella chiesa di S. Francesco, riconosciuto al Maestro di Fossa. E proprio nella chiesa-museo di S. Francesco a Montefalco sono state riportate le due opere in occasione della mostra Capolavori del Trecento. Il cantiere di Giotto, Spoleto e l’Appennino (24.6-4.11.2018), mentre nel catalogo hanno trovato spazio le novità emerse sulla datazione e la committenza.

Tra i restauri effettuati negli ultimi anni di particolare importanza è stato quello della Madonna dei Battuti di Vitale da Bologna, eseguita dall’artista intorno al 1350 per l’Oratorio della Confraternita dei Battuti Bianchi di Ferrara, che ha riportato alla luce l’aspetto originale della tavola alterato in maniera rilevante da antiche ridipinture (2013-2014).
Il recupero dei frammenti del fregio musivo del portico della antica facciata di San Giovanni in Laterano (fine XII-inizi XIII secolo) non più esistente (restaurati presso il Laboratorio di restauro Materiali Lapidei) è stato oggetto di uno studio approfondito e di una ricostruzione virtuale pubblicato a cura di Anna Maria de Strobel.
Il Reparto ha coadiuvato la Direzione nel sovrintendere al restauro della Salus Populi Romani, la celebre immagine della Madonna col Bambino al centro della devozione mariana in Santa Maria Maggiore; l’intervento conservativo condotto dal Laboratorio Restauro Pitture e Manufatti Lignei in stretta sinergia con il Laboratorio di Diagnostica per la Conservazione e il Restauro (2017-2018) e affiancato da una approfondita ricerca storica-artistica ha conseguito risultati sorprendenti sulla qualità pittorica dell’icona e sulla fino ad ora incerta datazione, in corso di pubblicazione a cura di Guido Cornini.

Ampio spazio è dedicato alle fonti mistiche e agiografiche dei dipinti medievali della Pinacoteca Vaticana con una particolare attenzione al rapporto emotivo tra credente, opera d'arte, committente e artista nel testo di A. Breda, Passione, Devozione, Compassione. Spiritualità e "arte empatica" in Europa nei secoli XIV-XVI nei dipinti delle collezioni vaticane pubblicato nel 2016 dalle Edizioni Musei Vaticani.