Dr hab. Natalia Rozwadowska prowadzi badania naukowe obszarze genetyki człowieka ze szczególnym uwzględnieniem biologii komórek macierzystych. W swoim warsztacie naukowym stosuje badania oparte na zaawansowanych technikach sekwencjonowania następnej generacji (NGS), badania in vitro poparte szeregiem technik oceniających funkcje komórek jak również badania przedkliniczne na modelach zwierzęcych. Co warte podkreślenia zgodnie z nurtem medycyny translacyjnej badania te znalazły odbicie w przeprowadzonych we współpracy z ośrodkami klinicznymi badaniach klinicznych I fazy.
Wyniki prac dr hab. Natalii Rozwadowskiej w znacznym stopniu przyczyniły się do precyzyjnego poznania funkcji komórek macierzystych pochodzenia mięśniowego (mioblastów) jak i mechanizmów ich różnicowania oraz opracowania skutecznych technik ich modyfikacji genetycznej oraz wielkoskalowej hodowli in vitro. Współpracując ze specjalistami z innych dziedzin nauki (fizyka, chemia) tworzy z nimi interdyscyplinarne zespoły pracujące nad wytworzeniem nowych rozwiązań wykorzystujących nanotechnologię czy prowadzące do opracowania nowych standardów w obrazowaniu molekularnym procesów biochemicznych. W chwili obecnej jej zainteresowania naukowe skupiają się nad wykorzystaniem komorek o indukowanej pluripotencji zarówno w aspekcie modelowania chorób jak i wykorzystania w zaawansowanych terapiach regeneracyjnych.
Dr hab. Natalii Rozwadowska była lub jest zaangażowana w realizacje 22 projektów badawczych i rozwojowychfinansowanych zarówno przez NCN, NCBiR i MNiSW jak i NIH i Muscular Dystrophy Association USA (w trakcie stażu podoktorskiego w USA). Dr hab. Natalia Rozwadowska jest autorką 66 publikacji o łącznym czynniku oddziaływania ponad IF=180 i liczbie cytowań – 1133. Od 2018 roku pełni funkcje Kierownika Zakładu Patologii Molekularnej IGC PAN.