Hennes forskning spenner fra tematikker som kjønn, organisasjon, politisk endring, ekteskapsmigrasjon, teknologi, alder og endring i helse- og omsorgsfeltet til kunst og demens. Forskningen hennes retter seg mot å forstå endringer i helse- og omsorgsfaglig praksis, og betydningen dette har for organisasjoner, profesjoner og pasienter. I sin tidligere forskning har hun blant annet sett på konstruksjoner av likestilling og norskhet i russisk-norske familier. I 2009 gjorde Lotherington en analyse av opprettelsen av Likestillings- og diskrimineringsombudet (LDO) i antologien «Likestilte norskheter». I sine seneste arbeider har hun hatt særlig fokus på hvordan politiske ideer og visjoner omformes til tjenesteinnovasjoner gjennom praksis i nettverk bestående av mennesker, kunnskap og ting. Teoretisk anvender hun sosiologiske perspektiver som Science and Technology Studies (STS), feministisk teori og citizenship/medborgerskap. Hun har ledet en rekke større forskningsprosjekter finansiert av blant annet Telemedisinsk forskningsutvalg, Sosial- og helsedirektoratet og Norges forskningsråd. Hun ble valgt til styreleder for Fritjof Nansens Institutt (2023–2026).