Museoiden tekemä tutkimus kohdistuu sekä museon kokoelmiin että ympäröivän alueen kulttuuri- ja taideperintöön, visuaaliseen ympäristöön ja luontoon. Museoiden tekemän tutkimuksen avulla dokumentoidaan ympäröivää maailmaa ja tuotetaan uutta tietoa ajan ilmiöistä. Usein museot tekevät tutkimusta yhteistyössä yliopistojen ja muiden tutkimusta harjoittavien tahojen kanssa. Museot saattavat myös tarjota tutkimusaiheita eri alojen opinnäytetöihin.

Museot pyrkivät tuottamaan tutkimustietoaan suoraan kansalaisten ulottuville: museoiden tutkimustuloksia välitetään muun muassa näyttelyinä, julkaisuina, multimediaesityksinä tai opastuksina.

Monella paikkakunnalla museot ovat ainoita tutkimuslaitoksia. Tutkimuksella on keskeinen merkitys kun museo kartuttaa kokoelmiaan, konservoi niitä ja suunnittelee näyttelyitä.