Gilles Subra mène ses recherches à l'Institut des biomolécules Max Mousseron (IBMM) dans le domaine de la science des peptides. Ses principaux thèmes de recherche se situent à l'interface de la chimie et de la biologie, en particulier la conception d’outils chimiques pour explorer le vivant. Il développe des méthodologies de synthèse de peptides, de synthèse supportée et de chimie combinatoire et conçoit des sondes pour améliorer la détection et la quantification par spectrométrie de masse dans les milieux biologiques. Plus récemment, il s'est intéressé à la conception de matériaux et de polymères à base de peptides. Les principales applications concernent la conception de nanoparticules multi-ligands pour le ciblage du cancer, la fonctionnalisation de dispositifs médicaux et de pansements en silicone. Ses recherches les plus récentes portent sur la conception d'hydrogels biomimétiques à base de peptides utilisés pour la biofabrication 3D et les thérapies cellulaires et sur l’obtention de matériaux hybrides nanostructurés par auto-assemblage et procédé sol-gel. Gilles Subra a fondé la plateforme de synthèse automatisée en phase solide (SynBio3) de l'IBMM dont la mission est de développer des réactifs, des linkers et des méthodologies sur support solide pour la synthèse de biomolécules.