孙娅副教授主要从事地球深部结构和地震学研究，包括地壳和岩石圈的构造及演化、地震波成像以及接收函数的提取等方面的研究。研究对象为地壳、上地幔三维速度构造、地震波各向异性以及莫霍界面的精细结构等。

主持国家自然科学基金面上项目和青年项目各一项、中国博士后基金面上项目一项、湖南省自然科学基金一项，国防科大开发基金一项；作为主研人员参加中国科技基础工作专项项目一项和多项自然科学基金面上项目和青年基金项目。曾作为主研人员参与的项目“大地电磁法数据精细化处理与解释技术”获中国有色金属工业科学技术二等奖。发表了多篇论文，其中国际SCI论文7篇，EI四篇。分别是AGU、SEG、EGU、CGS的会员，并在PEPI（Physics of the Earth and Planetary Interiors）担任审稿人。