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Com ampla experiência em neurociência molecular, celular e comportamental, a pesquisa do Dr. Cunha concentra-se nos efeitos de modelos experimentais de atividade física e exercício (e nos mecanismos moleculares e celulares associados) sobre doenças psiquiátricas (como a depressão), doenças neurodegenerativas (como as doenças de Alzheimer, Parkinson e Huntington) e doenças metabólicas (como diabetes e obesidade), além da excitotoxicidade glutamatérgica (isquemia cerebral), do processo de envelhecimento, da senescência celular e da exaustão e do desempenho físico. O Dr. Cunha liderou estudos pioneiros mostrando que a Irisina, um hormônio sintetizado e secretado em decorrência do exercício físico, exerce ações protetoras na depressão. Além disso, estuda moléculas intermediárias do metabolismo energético sintetizadas e secretadas pelo músculo esquelético em decorrência do exercício físico, como creatina, lactato, alfa-cetoglutarato e metilglioxal, em alterações comportamentais e bioquímicas relacionadas ao estresse crônico. Seus estudos têm contribuído para a compreensão de como ocorre a disfunção neuronal no cérebro de pacientes com doenças relacionadas ao estresse crônico e, assim, ajudado de forma robusta a entender como intervenções no estilo de vida, em particular o exercício físico, têm potencial para preservar a saúde cerebral e prevenir ou tratar doenças relacionadas ao estresse, como depressão e ansiedade.