Neila Mezghani s'intéresse à l'analyse et la classification de données en génie biomédicales et à l'élaboration d'outils basés sur des méthodes d'intelligence artificielle pour le développement de système d'aide à la décision. Elle développe des outils basés sur des méthodes d'intelligence artificielle pour optimiser les stratégies opératoires d'instrumentation chirurgicales (rachis et genou) en s'aidant de données biomécaniques, géométriques et cliniques.

Neila Mezghani détient une Chaire de recherche du Canada en analyse de données biomédicales.