Les travaux de recherche du Dr. Reyes-Lamothe visent à comprendre la composition, l’architecture et l’activité des machines moléculaires lorsqu'elles fonctionnent dans la cellule. Ces travaux permettent de contourner le fait que l’environnement intracellulaire est trop complexe pour être reproduit avec précision dans les tubes à essai. Par conséquent, le Dr. Reyes-Lamothe développe et utilise des techniques avancées de microscopie de fluorescence pour quantifier les activités cellulaires dans des organismes « simples » génétiquement modifiables. L’objectif de l'équipe est l’étude de la réplication de l’ADN, qui est à la fois le gardien le plus actif contre les mutations génétiques et la source la plus fréquente d’instabilité génomique. Une compréhension incomplète de la machine moléculaire qui effectue la réplication de l’ADN, le réplisome, est un obstacle majeur à la compréhension de son rôle dans l'état normal et dans l'état pathologique.