În cadrul Muzeului Național de Etnografie și Istorie Naturală activează două secții de cercetare - Secția Etnografie și Secția Științele Naturii. Fiecare dintre membrii secțiilor respective desfășoară cercetări asupra unei teme individuale, subsumată proiectului științific al instituției. Activitățile de cercetare presupun documentări în patrimoniul muzeal, pe teren, în biblioteci și arhive. Rezultatele științifice obținute sunt discutate în cadrul Consiliului Științific al instituției, la Sesiunea anuală de comunicări științifice a muzeului, la alte reuniuni tematice. Rezultatele cercetărilor se publică, sub formă de articole științifice, în revista „Buletin Științific. Revistă de Etnografie, Științele Naturii și Muzeologie”, în monografii, culegeri de studii, cataloage de expoziție sau de colecție etc. În activitățile de cercetare intră, de asemenea, menținerea și dezvoltarea fondului vegetal al Grădinii Botanice a Muzeului, suportul științific pentru amenajarea Muzeului Satului din Chișinău, filiala aceluiași muzeu.