El Laboratorio de Biología Molecular aplica tecnología de avanzada para obtener información de valor diagnóstico y pronóstico en diversas patologías del sistema nervioso central. Está organizado en cuatro áreas: tumores, infecciones, neurodegeneración y neurogenética, a cargo de los Drs. Martinetto, Arias, Surace y Fernández Gamba, respectivamente. Se planea incluir próximamente el área de bioinformática. El laboratorio cuenta con un banco de ADN y un banco de tumores de cerebro. Además de interactuar estrechamente con el laboratorio de neuropatología del mismo departamento, mantiene una comunicación fluida con los miembros de los departamentos de neurooncología, neurología cognitiva, neuroimágenes e infectología.