Agnès Hémar a été chercheur en biologie cellulaire à l'Institut Pasteur à Paris, puis au Laboratoire européen de biologie moléculaire à Heidelberg en Allemagne et au CNRS à Bordeaux.
Elle a effectué une partie de ses recherches sur la question des modifications de la transmission synaptique dans les étapes précoces de la maladie d'Alzheimer.