Professor Müller-Quade ist Leiter der Forschungsgruppe „Kryptographie und Sicherheit” am KIT und Direktor am FZI. Er ist Sprecher und Initiator des Kompetenzzentrums KASTEL. Seine Forschungsschwerpunkte sind unter anderem sicheres Cloud Computing, sichere Mehrparteienberechnung, Sicherheitsdefinitionen und -modelle, sowie Hardware-Vertrauensanker.
Das von ihm und seiner Gruppe entwickelte Wahlverfahren „Bingo Voting“ wurde 2008, das Softwareschutzverfahren „Blurry Box Cryptography“ 2014 mit dem deutschen IT-Sicherheitspreis ausgezeichnet.