Głównym przedmiotem działalności naukowej są badania oparte na zbiorach. Wspólnie z Krajową Kolekcją Przyrodniczą RLP Muzeum Historii Naturalnej dysponuje kolekcją badawczą liczącą około 2 milionów eksponatów, głównie pochodzenia regionalnego, która jako infrastruktura badawcza odgrywa istotną rolę w badaniach nad klimatem i różnorodnością biologiczną.