علوم توانبخشی به عنوان بستر اصلی و فلسفه وجودی یک مرکز تحقیقات نوروموسکولار عمل می‌کند. این حوزه علمی با نگاهی کل‌نگر (Holistic)، فراتر از تشخیص صرف بیماری‌ها رفته و بر بازگرداندن "عملکرد" (Function) و بهبود کیفیت زندگی تمرکز دارد. در یک مرکز تحقیقاتی، علوم توانبخشی چتر گسترده‌ای است که پروتکل‌های درمانی مختلف را یکپارچه می‌کند تا مشخص شود چگونه می‌توان ناتوانی‌های ناشی از ضایعات نخاعی، سکته‌های مغزی یا آسیب‌های محیطی را به حداقل رساند و بیمار را به استقلال فردی و اجتماعی بازگرداند.

پژوهش در علوم توانبخشی در چنین مرکزی، بر مکانیسم‌های نوروپلاستیسیته (Neuroplasticity) و یادگیری حرکتی متمرکز است. محققان بررسی می‌کنند که چگونه مداخلات محیطی، تمرینات شناختی و تکنیک‌های بازآموزی حسی-حرکتی می‌توانند باعث سازماندهی مجدد مدارهای عصبی آسیب‌دیده شوند. این علم به مرکز تحقیقات اجازه می‌دهد تا اثربخشی روش‌های مختلف درمانی را نه فقط بر اساس بهبود علائم بالینی، بلکه بر اساس معیارهای عینی "مشارکت اجتماعی" و "انجام فعالیت‌های روزمره" (ADL) ارزیابی کند.

علاوه بر این، علوم توانبخشی پل ارتباطی میان مهندسی پزشکی و بالین در مرکز تحقیقات است. طراحی و ارزیابی ارتوزها، پروتزهای هوشمند و ابزارهای کمک‌توانبخشی در حیطه این علم قرار می‌گیرد. پژوهشگران این حوزه با بررسی بیومکانیک حرکت و ارگونومی، تلاش می‌کنند تا ابزارهایی را توسعه دهند که فشار بر سیستم اسکلتی-عضلانی را کاهش داده و فرآیند بهبود بافت‌های آسیب‌دیده عصبی و عضلانی را تسریع بخشد.