Nathalie Mella est titulaire d’un Doctorat en psychologie de l’Université Paris-Descartes, obtenu en 2008, portant sur le lien entre émotions et perception du temps. Elle rejoint ensuite l’Université de Genève pour un post-doctorat portant sur le développement de l’empathie tout au long de la vie, et notamment sur l’évolution des liens entre émotions et cognition. Par la suite, ses recherches se focalisent sur la variabilité intra et interindividuelle dans le développement et le vieillissement cognitif au sein du Groupe de Recherche en Psychologie Développementale et Différentielle. Depuis 2017, elle mène des recherches sur le développement des compétences socio-émotionnelles en contexte scolaire, dans le groupe de Psychologie de la Santé, puis au Centre de Recherche en Sciences Affectives (CISA). Elle rejoint en 2022 l’équipe G-RIRE puis l'équipe IDEA en 2025, et intervient auprès des futur.e.s enseignant.e.s pour aborder les dimensions relationnelles et affectives dans l’éducation et la formation.