Barbara Badełek jest profesorem na wydziałach fizyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz Uniwersytetu w Uppsali (Szwecja). Z tym pierwszym związała całą swoją karierę naukową, aż do uzyskania tytułu profesora. Z drugim ośrodkiem związała się po uzyskaniu doktoratu (na Uniwersytecie Warszawskim), otrzymując z czasem szwedzką profesurę. Kontakty te utrzymuje do dziś, dzieląc swój czas między Warszawę, Uppsalę, oraz CERN.

Zainteresowania naukowe prof. Badełek to doświadczalne i fenomenologiczne badania najmniejszych znanych obecnie cegiełek materii: kwarków, leptonów i bozonów. Uczestniczyła we wszystkich współpracach międzynarodowych wykonujących doświadczenia w ośrodku CERN, w których jako sond struktury używano mionów o wielkich energiach. Obecnie uczestniczy we współpracy COMPASS, która bada spinowe aspekty budowy materii. Jest współautorką modeli fenomenologicznych opisujących nieperturbacyjne aspekty rozpraszania głęboko nieelastycznego. Współpracuje z Laboratorium Jeffersona (JLab) w Virginii w USA, gdzie przez kilka lat była doradcą w sprawach programu doświadczalnych badań naukowych.

Barbara Badełek jest również uznanym dydaktykiem i popularyzatotem nauki. Otrzymała nagrody i wyróżnienia za prowadzenie zajęć studenckich i doktoranckich, zarówno na Uniwersytecie Warszawskim, jak i w Uppsali. Dla doktorantów wykładała także na Uniwersytecie w Stony Brook (USA) oraz w JLab. Popularyzowała naukę w Warszawie, Uppsali, i w CERN, uczestnicząc w festiwalach nauki, dniach otwartych, prowadząc kursy dla nauczycieli szkół średnich, kursy dla dzieci szczególnie uzdolnionych, wykładając w szkołach, organizując kursy poprzedzające i popularyzujące konferencje naukowe w Warszawie i w Uppsali, występując w audycjach radiowych. Jest pomysłodawcą i organizatorem corocznych Sejneńskich Spotkań z Nauką.