Directrice de recherche à l’Institut Pasteur, Catherine Vidal est spécialiste de la physiologie cérébrale. Son activité de recherche fondamentale a porté sur les mécanismes de la douleur, le rôle du cortex cérébral dans la mémoire, l’infection du cerveau par le virus du Sida. Ses recherches actuelles concernent la mort neuronale dans la maladie de Creutzfeld-Jacob et les infections par les prions. Catherine Vidal est l'auteure d'une cinquantaine de publications parues dans des revues scientifiques internationales.
Elle se consacre également à la diffusion du savoir scientifique. Elle travaille en particulier sur la biologie du cerveau des femmes et des hommes et lutte contre les idées reçues sur les différences cérébrales entre les sexes. Par ses livres, conférences et interventions dans les médias, elle contribue activement à promouvoir l'égalité des chances entre les femmes et les hommes dans l'éducation, la vie professionnelle et la vie civile.

Ses ouvrages principaux reflètent cette urgente préoccupation : Cerveau, sexe et pouvoir (en coll. avec Dorothée Benoit-Browaeys), 2005, Prix de l’Académie des Sciences morales et politiques;  Féminin/Masculin: mythes et idéologie, 2006, dont elle a dirigé la publication; Hommes, femmes: avons-nous le même cerveau?; Cerveau, sexe et liberté, DVD, 2007; Nos enfants sous haute surveillance, Évaluation, dépistages, médicaments (en coll. avec Sylviane Giampino); Le cerveau évolue-t-il au cours de la vie?, 2009.

Elle est membre des Comités Scientifique et d'Orientation de l'Institut Emilie du Châtelet, du Conseil Scientifique de la Mission pour la place des femmes au CNRS, de l'Association «Femmes et Sciences» et du Collectif «Pas de 0 de conduite pour les enfants de trois ans». Elle a été promue Chevalière de la Légion d'honneur en 2009.