El Dr. Marhuenda-Egea va iniciar la seua carrera investigadora sota l'adreça del Dr. Cadenas, treballant en sistemes enzimàtics halófilos en dissolvents orgànics. Aqueixa recerca en Biotecnologia va permetre desenvolupa nous protocols per a treballar amb enzims en sistemes no-biològics. Posteriorment, va treballar en Biologia Molecular, emprant archaeas halófilos extrems com a objectiu de la recerca. El Dr. Marhuenda-Egea va treballar en seqüenciació i transformació d'archaea. Va realitzar estades postdoctorales en la Universitat de Florència, sota l'adreça del Dr. Bertini. Posteriorment, el seu treball s'ha centrat en Metabolómica, especialitzant-se en diverses tècniques instrumetrales com RMN (Ressonància Magnètica Nuclear), Espectroscòpia de fluorescència, FT-ANAR (Fourier Transform Infrarred), Anàlisi Tèrmica i HPLC-MS (High Pressure Liquid Chormatography with Mass Spectroscopy). Actualment, centra la seua recerca en diferents sistemes, que van des de la fertilitat humana fins a l'estudi de la matèria orgànica en sistemes naturals. Una altra línia de recerca especialment interessant, és la centrada en sistemes aquàtics, abastant tant l'estudi dels mitjans marins, com les comunitats de peixos.