Les recherches de Mariela Segura, portent sur l'étude des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la réponse immune innée et adaptative contre les polysaccharides capsulaires ou de surface de bactéries pathogènes extracellulaires. Plus précisément, la recherche vise à définir le rôle des cellules dendritiques (CDs) dans l’orchestration de ces réponses.