Do roku 2002 tematem przewodnim badań naukowych Marzeny Gajęckiej były genetyczne aspekty w płaskonabłonkowym raku krtani.
Jednym z bieżących nurtów badań naukowych Marzeny Gajęckiej jest charakterystyka aberracji chromosomowych w zespole mikrodelecji 1p36 oraz identyfikacja mechanizmów tych rearanżacji.
Głównym zainteresowaniem naukowym Marzeny Gajęckiej są genetyczne aspekty wieloczynnikowych chorób narządu wzroku, w szczególności stożka rogówki oraz wysokiej krótkowzroczności.
Ponadto, od roku 2012, Marzena Gajęcka zajmuje się wybranymi zagadnieniami z mikrobiologii, a w szczególności charakterystyką mikrobiomów, w tym oka ludzkiego oraz mikrobiologią farmaceutyczną.