Научная работа в музее ведется в области музееведения и профильных наук, в том числе по федеральным программам «Экологическая безопасность России», «Биологическое разнообразие», «Сохранение и развитие культуры и искусства».
Музей периодически организует и проводит научно-практические конференции:
- в 1992 году – юбилейная конференция, посвященная 70-летию музея;
- в 1994 году – конференция «Направления научной работы Государственного Биологического музея
им. К.А.Тимирязева»;
- в 1996 году – межмузейная конференция на тему «Музей и общество»;
- в 1997 году – межрегиональная конференция «Естественно-научные музеи: культура, образование, воспитание» (к 75-летию музея);
- в 2002 году – юбилейная конференция, посвященная 80-летию музея «Музей – открытая система»;
- в 2006 году – конференция, посвященная 85-летию музея и 60-летию со дня рождения мастера таксидермии Хренова В.А. «Таксидермические коллекции в естественнонаучных и краеведческих музеях».
Сотрудниками музея ведется научная работа по следующим темам: «Биологические основы контроля численности грызунов», «Популяционная биология некоторых видов орхидных в разных типах фитоценозов Центральных областей и Сибири», «Экологическое воспитание в христианских конфессиях», «Лекарственные растения Подмосковья: интродукционные, экологические и образовательные аспекты», «Особенности экологии мигрирующих куликов на степных водоемах», «Биоморфология и популяционная экология луковичных растений в разных подзонах Приволжской возвышенности (на примере Tulipa biebersteiniaba и Lilium martagon)», «Трофические адаптации воробьиных птиц, связанные с потреблением мелких животных кормов», «Структура и динамика атмобионтного комплекса коллембол в экосистемах лесной полосы», «Птицы полезащитных лесных насаждений Нижнего Поволжья», «Анатомия и систематика многощетинковых червей семейства Fauveliopsidae», «Динамика численности и видовой состав мелких млекопитающих НП «Мещера».
По научным темам публикуются научные и научно-популярные статьи, а также сотрудники принимают участие в работе научно-практических конференций.
Научные сотрудники музея участвуют с докладами в работе различных научно-практических конференций, постоянно действующих семинаров, школ по проблемам музееведения, публикуют научные статьи.
Музей издает путеводители, каталоги, буклеты; выпускает методические материалы к оригинальным музейным программам.
