Le attività di ricerca condotte all'interno del CIMeC si sviluppano in diverse aree, che spaziano dalla psicologia sperimentale, ai metodi di acquisizione di neuroimaging, fino alle neuroscienze cognitive e alla cognizione animale, ed infine alla linguistica computazionale e alle interfacce uomo-macchina. Inoltre il CeRiN, Centro per la neuroriabilitazione cognitiva, si dedica alla diagnosi e alla cura di patologie derivanti da danni cerebrali.
Le ricerche vengono condotte nei cinque laboratori interdisciplinari che compongono il CIMeC: il Laboratorio di cognizione animale e neuroscienze (ACN), i Laboratori di psicologia sperimentale (EPL), i Laboratori di neuroimmagine (LNiF), il Laboratorio di Language, Interaction and Computation (CLIC), e infine il Centro di Riabilitazione Neurocognitiva (CeRiN).
Sono inoltre attivi diversi laboratori in collaborazione con altri Dipartimenti dell'Università e/o enti con i quali il Centro collabora stabilmente: il Laboratorio di neurofisica (NPhys), in collaborazione con il Dipartimento di Fisica; il Laboratorio di neuroinformatica (NILab), in collaborazione con la Fondazione Bruno Kessler; il Laboratorio di neurobiologia e neuroecologia degli insetti (INN Lab), laboratorio congiunto CIMeC - Fondazione Edmund Mach; il Laboratorio di etologia ed evoluzione biologica (EEE Lab), con la Fondazione Museo civico di Rovereto.