刘媛媛博士具有神经生物、神经发育、药学、电生理和病理生理等方面的复合背景，主要研究方向为中枢神经系统发育、神经干细胞/再生及发育相关性疾病的关键分子调控机理和电生理机制。8年多来，刘媛媛围绕大脑神经元发育的分子机制、儿童智力障碍的基因调控机制以及颞叶癫痫的发病机理等方面的工作开展了系统深入的研究。她精通胚胎电转、细胞培养、电生理记录、形态观察、生化分析、分子克隆和基因操作等研究方法，通过一系列分子生物学、细胞学、发育生物学及遗传学方面的研究分析，先后探明了转录辅助因子在神经元形态发生和迁移过程中的功能及细胞学机制、PKD相关基因PRRT2在早期大脑内的功能作用、儿童颞叶癫痫的负反馈分子调控机制等研究发现。其中关于NRG1/ErbB4信号系统在颞叶癫痫中作用的研究，刘媛媛做了大量系统而扎实的工作，与合作者首次发现一个新的重要负反馈癫痫调节机制，共同第1作者论文以Research Article形式发表在国际顶级学术期刊《Nature Neuroscience》（IF=17.8）（神经科学领域研究类杂志排名第1）上，得到杂志主编亮点评述（Highlights；2012, 15: 179），称这为癫痫的负反馈调节机制“提供了强大的证据”，“为未来的抗癫痫治疗指明了新的靶标”；这项工作在神经科学领域中具有国际领先地位，曾入选中科院2012年度重大成果，得到同行的高度评价，目前已被他引69次以上，相关临床应用申请了发明专利。
    刘媛媛博士还与同事合作发现Opitz 综合征关联基因 Mid1通过调控PP2Ac泛素化降解来调控神经元轴突的发育，揭示了神经元轴突发育的新机制，论文发表在《美国国家科学院院报》（PNAS）上。关于PRRT2在阵发性运动障碍中的作用研究工作中，综合使用电生理、克隆、形态、生化和细胞等方面的技术手段，制备了多种转基因小鼠，取得一些重要发现，该项研究成果于2018年1月在Nature出版社系列的权威学术期刊《Cell Research》（IF=15.6）上发表封面亮点论文，受到荷兰皇家科学院院士Chirs De Zeeuw教授的高度赞扬并撰写亮点评述，获国际同行高度认可。这些工作有助于我们更好地理解相关疾病的病理发生机制并提供新的靶点和思路。刘媛媛博士还与临床医生合作，针对孤独症相关基因CHD8进行了系统研究，为人们更深入地了解CHD8在体内的生物学功能提供了新的研究线索，对孤独症的临床诊疗具有重要的理论研究价值和实践意义，该研究结果于2018年12月发表于国际孤独症研究权威期刊《Molecular Autism》（IF 5.8）上。
    刘媛媛博士目前主持国家自然科学基金青年科学基金项目、广西自然科学基金面上项目等省部级科研课题，曾主持中国博士后基金会和中科院资助的研究项目，现为中国神经科学学会会员（2009年至今）、亚太神经科学联合会会员（2012年至今）和美国神经科学学会上海分会会员（2011年至今），先后获得中国神经科学学会“GSK明日之星”奖和辉瑞一等奖等荣誉。