Η Δημητρίου Νεφέλη αποφοίτησε από το Τμήμα Λογοθεραπείας του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων, λαμβάνοντας Βραβείο Αριστείας και Υποτροφία από το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ). Ολοκλήρωσε τις μεταπτυχιακές της σπουδές στη Γνωστική Νευροαποκατάσταση, στο Τμήμα Ιατρικής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας.
Έχει μετεκπαιδευτεί σε εξειδικευμένες μεθοδολογίες παρέμβασης στη λεκτική δυσπραξία (SIMATA) και στις διαταραχές φωνής (Lee Silverman Voice Therapy; LSVT), καθώς και στην εφαρμογή σύγχρονων λογισμικών για την αξιολόγηση και αντιμετώπιση των γνωστικών ελλειμμάτων. Επιπλέον, έχει εκπαιδευτεί στη διενέργεια διακρανιακού ηλεκτρικού ερεθισμού (Transcranial Electrical Stimulation; TES).
Το κλινικό και ερευνητικό της ενδιαφέρον επικεντρώνεται στους ανθρώπους που ζουν με γλωσσικές και γνωστικές διαταραχές έπειτα από κρανιοεγκεφαλικές κακώσεις, εγκεφαλικά επεισόδια, άνοιες, πολλαπλή σκλήρυνση και νόσο Parkinson. Το ερευνητικό της έργο έχει παρουσιαστεί σε πανελλαδικά και πανευρωπαϊκά συνέδρια και έχει δημοσιευτεί, κατόπιν κρίσης, σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά.