El Dr. Molina es un experto de reconocido prestigio internacional en ensayos micromecánicos y nanomecánicos, y ha sido pionero en la implementación de estos ensayos en condiciones extremas (altas temperaturas) y/o in situ dentro de microscopios electrónicos. Ha aplicado estas técnicas para comprender las relaciones entre el procesado, la microestructura y las propiedades en una amplia gama de materiales estructurales, incluyendo materiales compuestos, aleaciones metálicas ligeras, aleaciones metálicas para altas temperaturas, intermetálicos, nanomateriales, recubrimientos duros y, más recientemente, aleaciones metálicas fabricadas mediante técnicas de fabricación aditiva para aplicaciones en energía, transporte y biomedicina.

Entre sus principales contribuciones en este ámbito destacan la comprensión de los mecanismos de deformación, la implementación de técnicas de caracterización de alto rendimiento (high-throughput) y el desarrollo de estrategias experimentales que alimentan modelos multiescala basados en la microestructura para describir el comportamiento de los materiales, lo que permite implementar estrategias de ensayo virtual en el marco de la Ingeniería Computacional de Materiales.

En 2020, orientó parte de su actividad investigadora hacia el desarrollo de metamateriales y materiales inteligentes mediante fabricación aditiva para aplicaciones biomédicas, incluyendo dispositivos basados en Ti, Mg, Zn y TiNi. Algunos ejemplos dentro de esta línea de investigación son la fabricación aditiva de andamiajes metálicos biodegradables con capacidad de cambio de forma para ingeniería de tejidos y el desarrollo de una nueva generación de stents inteligentes y personalizados para aplicaciones cardiovasculares.