国立科学博物館は1877年に開館して以来、国立の唯一の総合科学博物館として、自然史及び科学技術史に関する研究を行ってきました。当館の研究は地球と生命の歴史、生物と地球環境の多様性を解明し、科学技術の発展過程を明らかにすることに重点を置いています。そのため最先端の方法を用いた研究を行うとともに、標本や資料に基づく実証的かつ継続的な研究を平行して推進しています。また、当館は日本及びアジア地域における研究センターとして、様々な研究機関と協力しながらプロジェクト型研究を進めています。

さらに、標本資料のナショナルコレクション構築を推進するため、日本やアジア地域を始めとして、世界各地から標本収集を行っています。

また、当館はGBIF（地球規模生物多様性情報機構）の国内情報拠点として標本情報を世界に向けて発信しています。日本の科学技術史に関するデータベース構築も進め、情報発信を推進しています。さらに、国内の科学系博物館のネットワーク化を促進するため、サイエンスミュージアムネット事業を進めています。このような活動を推進するため、当館の研究組織は5研究部（動物研究部、植物研究部、地学研究部、人類研究部、理工学研究部）、2園（筑波実験植物園、附属自然教育園）、3センター（標本資料センター、分子生物多様性研究資料センター、産業技術史資料情報センター）および昭和記念筑波研究資料館から構成されています。