Oma peamistes uurimisteemades on Ana Rebane keskendunud krooniliste põletikuliste nahahaiguste ning astma tekke ja ägenemisega seotud molekulaarsete mehhanismide kirjeldamisele, et töötada selle põhjal välja tõhusamaid ravimeetodeid. Rebane tõdes, et ravimiarendust ei ole mõtet teha ilma teadmisteta haiguste mehhanismidest ja teadmiseta, kuidas potentsiaalsed ravimikandidaadid rakkudes käituvad.