Os Laboratórios de Referência da Fiocruz contribuem para o desenvolvimento de pesquisas que auxiliam na vigilância epidemiológica sanitária e ambiental. O objetivo principal é dar respostas a eventos que se constituem em emergência de saúde pública de importância nacional, prestando consultoria e assessoramento nas suas respectivas áreas de atuação. Os serviços destes laboratórios estão associados às atividades de pesquisa e desenvolvimento tecnológico e geram conhecimento, processos e produtos, tais como a definição de metodologias, validação diagnóstica, assistência em áreas específicas, desenvolvimento tecnológico, formação de recursos humanos e a previsão de cenários com importante capacidade de respostas às demandas do Sistema Único de Saúde (SUS). No ICC, a área de virologia e de leishmaniose se destacam neste contexto.
Destaque na mídia nacional em 2015 por desenvolver pesquisas que resultaram no isolamento, pela primeira vez no país, do arbovírus causador da febre chikungunya e pela confirmação da presença do Zika vírus em amostras humanas brasileiras, o Laboratório de Virologia Molecular do Instituto Carlos Chagas (ICC/Fiocruz Paraná) é um dos 50 Laboratórios de Referência da Fiocruz. Considerado sentinela para Zika vírus na região Sul do país, oferece um conjunto de serviços para diagnóstico de infecções causadas por esses vírus e também por outros vírus emergentes como hantavírus em amostra de pacientes e roedores.
O ICC passou, em 2017, a sediar a subcoordenação de Reservatórios da Rede Fiocruz de Referência em Leishmanioses. O trabalho desenvolvido pela rede – formada por laboratórios de cinco unidades técnico-científicas da Fiocruz, incluindo, além do ICC, o Instituto Oswaldo Cruz (IOC), o Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas (INI), Instituto de Pesquisa René Rachou (Fiocruz Minas) e o Instituto de Pesquisa Aggeu Magalhães (Fiocruz PE) – envolve o atendimento à pacientes referenciados, realização de diagnóstico parasitológico e imunológico das leishmanioses, capacitação e controle de qualidade de diagnóstico parasitológico, além da assessoria a profissionais de saúde na assistência a pacientes e a municípios na organização de serviços e a colaboração com setores governamentais participando de comitês de assessoramento.