A reabilitação consiste num processo global e dinâmico, orientado para a recuperação física e psicológica da pessoa portadora da deficiência, tendo em vista a sua reintegração social.

Aplica-se na presença de sequelas neurológicas, doenças crónicas, aquando da ocorrência de lesões derivadas da gestação ou parto, de acidentes de viação ou de trabalho. Exige a disponibilidade de técnicos especialistas (fisioterapeutas) durante todo o tempo das sessões terapêuticas (em média de 45 minutos) e um técnico para cada paciente de forma a acompanhar todo o processo de recuperação.
A necessidade da realização de exercícios repetitivos e cansativos durante o tempo de recuperação leva à exaustão do fisioterapeuta. A aplicação de robótica na área da reabilitação tem, por conseguinte, como objetivo libertar os fisioterapeutas destas tarefas e delegá-las a robôs. No entanto, a aplicação de robôs requer a diminuição da velocidade máxima dos robôs, a implementação de requisitos estritos de segurança, a utilização de peças e materiais certificados e a implementação de sistemas de paragem de emergência para o paciente e para o operador.
Exemplos deste tipo de aplicações são o robô Lokomat que ajuda pacientes a recuperarem as capacidades motoras, o robô MIT-Manus que realiza exercícios que promovem o movimento das articulações do ombro, do cotovelo e do punho, o exosqueleto robótico ReWalk que auxilia pessoas limitadas a caminhar e subir escadas, e o robô Tocco, em forma de urso panda, dedicado a ajudar pessoas que precisam de fazer exercícios de locomoção ou reabilitação.
No entanto, existem algumas limitações na aplicação de robôs neste domínio. O custo dos equipamentos é elevado e obriga a que exista um equipamento para cada paciente em sessões paralelas. A altura e o peso dos pacientes também podem condicionar a utilização dos robôs, para além de o facto de o robô não possuir a vertente humanística pode provocar receio e desconfiança ao paciente.
Algumas destas limitações podem ser facilmente contornáveis através da implementação de técnicas de inteligência artificial e sistemas sensoriais neurológicos, que capturam as características físicas e psicológicas do paciente, adequando os exercícios às características de cada um. Este avanço tecnológico, associado à capacidade do sistema robotizado colecionar dados do progresso terapêutico do paciente, permite que os médicos e os fisioterapeutas dirijam melhor o tratamento, adaptando-o rapidamente às necessidades e ao progresso de cada paciente.