Międzynarodowo uznanym ekspertem w dziedzinie biologii starzenia, długowieczności, endokrynnej regulacji długości życia, senescencji komórkowej, biologii mikroRNA i translacyjnej geronauki. 

Pionierskie badania prof. Masternaka z wykorzystaniem długowiecznych modeli zwierzęcych znacznie poszerzyły wiedzę na temat szlaków sygnałowych hormonu wzrostu/IGF-1, metabolizmu, biologii komórek macierzystych, senescencji komórek oraz chorób związanych z wiekiem. Jego laboratorium rozszerzyło zakres tych badań o mikroRNA, pęcherzyki pozakomórkowe, mikrobiom jelitowy, starzenie się układu rozrodczego, pogorszenie funkcji poznawczych oraz medycynę regeneracyjną.

Stał się czołową postacią w dynamicznie rozwijającej się dziedzinie badań nad zdrowiem w kosmosie i długowiecznością. Jego badania łączą gromadzenie próbek biologicznych od astronautów, tworzenie biobanków, profilowanie wieloomiczne, analizy pojedynczych komórek oraz odkrywanie biomarkerów w celu scharakteryzowania reakcji molekularnych na loty kosmiczne z udziałem ludzi.

Badania te dostarczają nowych informacji na temat mechanizmów przyspieszonego starzenia się w przestrzeni kosmicznej i pomagają w opracowywaniu środków zaradczych mających na celu ochronę zdrowia astronautów podczas długotrwałych misji na Księżyc i Marsa, a jednocześnie pozwalają zidentyfikować nowe cele terapeutyczne sprzyjające zdrowemu starzeniu się na Ziemi.

Poprzez badania, mentoring i współpracę międzynarodową prof. Masternak wniósł znaczący wkład w rozumienie biologicznych mechanizmów odpowiadających za długość życia i okres życia w zdrowiu oraz w przekładanie tych odkryć na innowacyjne metody leczenia chorób związanych z wiekiem, medycynę precyzyjną oraz eksplorację kosmosu przez człowieka.