Le sue attività di ricerca si focalizzano sullo sviluppo ed applicazione di nuove metodologie e strumenti di statistica medica avanzata e modelli di conoscenza del funzionamento del cervello, finalizzati al supportare la diagnosi, la valutazione, la cura e la terapia di pazienti con disturbi del sistema nervoso centrale. In particolare, il contributo tecnico-scientifico del Dott. Arnao mira a sviluppare nuove metodologie per affrontare lo studio di diverse categorie diagnostiche tra cui i disturbi del neurosviluppo e le malattie neurodegenerative.
Le competenze conseguite dal Dott. Arnao consentono di sviluppare metodi in grado di esplorare la relazione tra profili molecolari, comunicativi, comportamentali, cognizioni e di movimento, ottenendo nuove tecniche per la raccolta di dati marcati cruciali per identificare i meccanismi molecolari, cellulari e genetici legati alla funzione e alla disfunzione del sistema nervoso centrale.