डॉ. कैथरीन एम. स्टीन का प्राथमिक अनुसंधान ध्यान तपेदिक के लिए आनुवंशिक और पर्यावरणीय संवेदनशीलता पर है, विशेष रूप से प्रतिरोध के जीनोमिक्स और मनुष्यों और तपेदिक रोगज़नक़ दोनों में आनुवंशिक भिन्नता कैसे टीबी की गंभीरता को प्रभावित करती है। वह कई स्कूल ऑफ मेडिसिन कार्यक्रमों में छात्रों को महामारी विज्ञान, आनुवंशिक महामारी विज्ञान और बायोस्टैटिस्टिक्स विधियों में प्रशिक्षित करती है।