Joy Birkelbach studierte Pharmazie an der Universität Greifswald. In ihrer Diplomarbeit untersuchte Joy den Sekundärstoffwechsel eines Schiffsbohrwurm-Symbionten, entwickelte Kultivierungsstrategien und RT-qPCR-Protokolle am Institut für Pharmazeutische Biotechnologie der Universität Greifswald. Im Jahr 2018 erhielt sie ihren Diplomabschluss sowie ihre Approbation als Apothekerin. Während ihres Promotionsstudiums arbeitete Joy mit Myxobakterien und anderen gleitenden Bakterien, wobei sie OSMAC-ähnliche Kultivierungsansätze anwendete, um die Produktion von Sekundärmetaboliten auszulösen. Um neue Naturstoffe zu identifizieren, verwendete sie umfassende statistische Analysen wie MetaboScape und MZmine. So isolierte und reinigte sie Naturstoffe mit unterschiedlichen chemischen Strukturen mit Hilfe chromatographischen Methoden wie Säulen- und Flash-Chromatographie und HPLC auf. Um die chemischen, physikalischen und strukturellen Eigenschaften zu charakterisieren, wandte sie spektrometrische und spektroskopische Methoden wie MS- und MS-MS-Analysen an und nutzte NMR, um die Struktur dieser Naturstoffe aufzuklären.

Derzeit ist Joy an der Erstellung einer Bibliothek von Myxobakterienextrakten und -fraktionen beteiligt für die Entdeckung chemisch vielfältiger Naturstoffe mit antiinfektiven Eigenschaften.