Les principaux intérêts de recherche du Dr Martinelli sont les maladies du motoneurone, notamment la SLA et l’atrophie musculaire bulbaire spinale (SBMA). Elle a participé activement à plusieurs projets cliniques collaboratifs, axés sur le suivi clinique des patients atteints de SLA et d’AMBS, ainsi que sur l’évaluation des résultats et la validation d’éventuels biomarqueurs spécifiques capables d’améliorer l’évaluation clinique et le pronostic. Elle a pris part à des études génétiques et des études sur les biomarqueurs de la SLA, ainsi qu’à plusieurs essais cliniques chez des patients atteints de SLA, d’AMBS et d’autres maladies neuromusculaires.