本研究院主要從事生物能量代謝、自由基生物醫學、人類老化及粒線體疾病的生物化學與分子醫學相關之研究。1989年魏耀揮教授和他指導的研究生首度發現人體肝臟組織粒線體呼吸作用及氧化磷酸化功能隨著個體年齡增加而逐漸下降，隨後闡明這個與人類老化密切相關的現象是因為組織細胞中粒線體DNA突變的累積所造成，並進一步證實粒線體DNA突變普遍存在高齡長者的各種體組織細胞中。魏教授密切與各教學醫院臨床醫師合作，取得粒線體疾病患者的檢體，首度在1991年成功為一位罹患MERRF症候群的病人診斷出他的肌肉組織之粒線體DNA帶有m.8344A>G點突變，接著也為MELAS、 CPEO、LHON及Leigh症候群病人分別找到致病的粒線體DNA突變。過去35年來，魏教授和他指導的研究生為許多疑似粒線體疾病患者進行粒線體DNA突變篩檢，建立台灣地區各種粒線體疾病患者的完整病歷、DNA檢體庫、細胞庫及分子流行病學資料庫，奠定了進行長期研究粒線體疾病的基礎。魏教授對粒線體疾病的深入研究，不但幫助我們瞭解粒線體DNA突變如何造成粒線體能量代謝功能缺陷及誘發氧化壓迫(oxidative stress)與氧化損傷(oxidative damage)，也闡明了代謝再編程(metabolic reprogramming)在某些人類疾病的致病機轉(mechanism of pathogenesis)與生理病理學(pathophysiology)所扮演的角色；持續提供臨床醫師分子診斷和治療粒線體疾病(譬如：使用N-acetyl cysteine 和coenzyme Q10等小分子抗氧化劑)以及與老化相關的退化性疾病嶄新的方法與資訊。
近幾年來，魏教授與臺北榮總醫研部主任邱士華醫師和中研院生醫所謝清河特聘研究員合作，利用早年建立的粒線體疾病患者皮膚纖維母細胞製備多株誘導性多能幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)，並完成生物化學和分子生物學鑑定。2017年8月魏教授於馬偕醫學院校長任期屆滿退休，旋即受邀至彰化基督教醫院服務，在中華路院區建立「粒線體醫學暨自由基研究院」，在國科會多年期計畫和彰化基督教醫院院內計畫充裕的經費支持下，持續從事粒線體疾病相關研究。魏教授在陽明大學生化暨分子生物研究指導的博士生吳雨亭研究員一起受聘至彰基，她將帶有粒線體DNA m.8344A>G點突變的iPSCs培養於特定的培養基和生長條件下，成功分化為神經幹細胞(induced neuron stem cells, iNSCs)和皮質神經元(cortical neurons)等終端分化的細胞，作為研究粒線體疾病MERRF syndrome之致病機轉和篩選新藥的平台。吳雨亭博士利用自己開發的幹細胞分化平台，可以穩定製備分化成熟的神經元，並利用Axion Multiple Electrode Array (MEA)系統偵測分化後神經元的電器生理學活性，她首度證實粒線體DNA m.8344A>G點突變不但影響iPSCs分化及成熟所需之標記蛋白質的表達，也造成神經元之神經傳導缺陷(neurotransmission defects)和神經突觸可塑性缺陷(synaptic plasticity defects)。魏教授帶領她的學生們在粒線體醫學領域所發表的許多論文廣為粒線體生物學及粒線體醫學相關領域的學者引用，根據Research.com網站公布的全球頂尖2%科學家的資料，魏教授發表的論文截至2022年底總共被引用27,392次，在醫學領域的臺灣科學家排名第13，論文H-index高達92。他也經常受邀至國際生物化學和粒線體生物醫學領域的國際學術會議作專題演講。
2003年2月，魏教授和日本及韓國幾位對粒線體醫學研究有興趣的醫師和學者共同發起，成立亞洲粒線體研究與醫學學會(Asian Society for Mitochondrial Research and Medicine, ASMRM)，並受推選為首任副會長(2003-2005)及第二任會長(2006-2008)，成立迄今已20年，輪流在韓國、臺灣、日本、中國舉辦學術會議，臺灣已主辦兩次年會及學術研討會，每次舉辦會議他都受邀作專題演講，不曾間斷。魏教授與台灣20多位熱衷粒線體研究的學者和醫師復於2006年8月創立臺灣粒線體研究與醫學學會(TSMRM)，並獲選為第1任及第2任的理事長(2006-2012)；魏教授亦於2014-2017年期間擔任台灣自由基研究學會(Society of Free Radical Research- Taiwan)理事長及亞洲自由基研究學會(Society of Free Radical Research- Asia)理事，目前擔任Biochim. Biophys. Acta – General Subjects, Mitochondrion, Free Radical Research, Biomedical Journal, World Journal of Stem Cells, Frontiers in Genetics, Antioxidants等生物醫學領域之SCI國際期刊編輯委員，長期為臺灣的生物醫學研究站上國際舞台而努力。