Frederike Bemelman werkt als internist- nefroloog en klinisch immunoloog in het AMC. Zij doet  vooral patiëntgebonden onderzoek, gericht op optimalisatie van de immunosuppressieve regiems na transplantatie. Tevens onderzoekt zij de effecten op het immuunsysteem van de diverse afweeronderdrukkende medicijnen en de  mechanismes van virale en bacteriële infecties bij verstoorde afweer. Ze werkt daarbij samen met de afdelingen (Vaat)Chirurgie, Pathologie, Urologie, Klinische Immunologie, Infectieziekten, Neurocognitieve wetenschappen en met het Weefseltyperingslaboratorium van het AMC. 

Bemelmans onderzoek richt zich zowel op de pre-transplantatie- als de post-transplantatiefase, waarbij het doel is om de getransplanteerde patiënt te behandelen met immuunsuppressie op maat, met optimalisatie van levensduur en kwaliteit. Bemelman begeleidt op dit moment een groep van vijf promovendi. Zij verwierf verschillende subsidies onder andere van de Nierstichting en de EU, en maakt deel uit van diverse nationale en internationale studies.

Bemelman deed enkele jaren basaal onderzoek naar immunotolerantie in de Sir William Dunn School in Oxford. Sedert 2007 is zij medical director van het transplantatieprogramma en principal investigator binnen het speerpunt Infectieziekten en Immunologie van het AMC. Bemelman is als course director verbonden aan het Europese HESPERIS-programma voor medisch specialisten in orgaantransplantatie. Daarnaast is zij betrokken bij voorlichting aan nierpatiënten, hun families en de zorgverleners in de regio.