Størstedelen af afdelingens forskningsaktiviteter er fokuseret på områder inden for diagnostik og behandling af ondartede blodsygdomme, fx leukæmier (blodkræft), lymfom (lymfeknudekræft) og myelomatose (knoglemarvskræft). 

Afdelingen deltager løbende i internationale multicenterstudier til afprøvning af nye behandlingsprincipper ved de fleste ondartede blodsygdomme. For de godartede blodsygdommes vedkommende forskes især i lidelser forårsaget af skadelig jernophobning i kroppen. 

Alle afdelingens forskningsaktiviteter hører organisatorisk under Institut for Klinisk Medicin, Aarhus Universitet

En del af forskningen sker i samarbejde med andre afdelinger på Aarhus Universitetshospital, fx Patologi, Blodprøver og Biokemi, Neuroradiologisk Afdeling og Børn og Unge afdelingen. Endvidere samarbejder afdelingen med forskere på Institut for Biomedicin, Aarhus Universitet.

Afdelingen har siden 1973 haft egne forskningslaboratorier, der primært er udviklet til at varetage immunologisk og molekylær biologisk forskning indenfor hæmatologien, men også stamcelletransplantationsteknik, herunder en biobank til langtidsopbevaring af nedfrosne stamceller fra blod eller knoglemarv, som anvendes til transplantation. Fra 1999 har Cancercytogenetisk Laboratorium, der tidligere var tilknyttet Kræftens Bekæmpelse, været en del af afdelingen. Der forskes her i at afdække genetiske defekter ved en række af de sygdomme, som afdelingen behandler. De blandede rutine- og forskningslaboratorier er nu slået sammen til en funktionel enhed under navnet Blodsygdomme Laboratorium.

Afdelingen har desuden en velfungerende Blodsygdomme Klinisk Forskningsenhed, som varetager inklusion og opfølgning af patienter til kliniske protokoller.