El cometido del Departamento es el estudio de las obras de la colección de propia competencia, ahondando en particular en las obras en restauración y mostrando una especial atención por los montajes en la Pinacoteca, en las salas I y II, en las cuales se exponen obras medievales, y en la sala XVIII dedicada a los iconos. Muestras y montajes temporales, actualización didáctica, conferencias y jornadas de estudio forman parte de las actividades del Departamento.

En estos últimos años, a fin de valorizar el patrimonio artístico, se ha dedicado especial atención al contexto de proveniencia de las obras de arte mediante el intercambio de relaciones de estudio y una colaboración con entidades científicas del territorio. Un ejemplo significativo es la restauración de la predela con Historias de san Esteban de Bernardo Daddi, que fue objeto de un ahondamiento científico con vistas a su exposición temporal en su contexto de origen, en Prato (Italia), reuniéndola al retablo que originalmente comprendía una doble predela con ocasión de la exposición Legati da una cintola. L’Assunta de Bernardo Daddi e l’identità de una città (8.9.2017-25.2.2018). Con el mismo criterio se han restaurado y estudiado las dos preciosas obras provenientes de Montefalco, que después pasaron a las Colecciones Vaticanas: el dosel con la Crucifixión y las Historias de S. Blas y S. Catalina, que antes se encontraba en la capilla de la Santa Cruz, atribuido al llamado Primer Maestro de la Bienaventurada Clara en Montefalco y el políptico con la Crucifixión e Historias de la Pasión, antes en la iglesia de S. Francisco, reconocido al Maestro de Fossa. Precisamente a la iglesia-museo de S. Francisco en Montefalco se llevaron las dos obras con ocasión de la muestra Capolavori del Trecento. il cantiere di Giotto, Spoleto e l’Appennino (24.6-4.11.2018), mientras que en el catálogo encontraron espacio las novedades descubiertas sobre su datación y sobre quién encargó la obra.

Entre las restauraciones efectuadas en los últimos años reviste especial importancia la de la Madonna dei Battuti de Vitale da Bologna, que el artista ejecutó alrededor del año 1350 para el Oratorio de la Cofradía de los Vencidos (Confraternita dei Battuti Bianchi) de Ferrara, que ha recuperado el aspecto original de la tabla significativamente alterado con antiguos retoques (2013-2014).
La recuperación de los fragmentos del friso musivo del pórtico de la antigua fachada de San Juan de Letrán —que ya no existe— (fines s. XII - inicios s. XIII), restaurados en el Laboratorio de restauración de Materiales Lapídeos, ha sido objeto de un profundo estudio y de una reconstrucción virtual publicada al cuidado de Anna Maria de Strobel.
El Departamento ha colaborado con la Dirección en la supervisión de la restauración de la Salus Populi Romani, la célebre imagen de la Virgen con el Niño objeto central de devoción mariana en la basílica de Santa María La Mayor. La intervención conservativa realizada por el Laboratorio de Restauración de pinturas y materiales lignarios en estrecha sinergia con el Laboratorio de diagnóstico para la conservación y la restauración (2017-2018) ha contado con una amplia investigación histórico-artística y ha logrado resultados sorprendentes sobre la calidad pictórica del icono y sobre la datación, hasta ahora incierta, que se publicarán al cuidado de Guido Cornini.

En el texto de A. Breda, Passione, Devozione, Compassione. Spiritualità e "arte empatica" in Europa nei secoli XIV-XVI nei dipinti delle collezioni vaticane, publicado en 2016 por Edizioni Musei Vaticani, se dedica amplio espacio a las fuentes místicas y hagiográficas de las pinturas medievales de la Pinacoteca, prestando especial atención a la relación emotiva entre el creyente, la obra de arte, el cliente y el artista.