Науково-дослідна робота проводиться з метою об’єктивного розкриття і відтворення музейними засобами військової (воєнної) історії, бойової діяльності військ (сил), героїзму, проявленого під час виконання військового обов’язку, процесу створення і розвитку Збройних Сил України.
Науково-дослідна робота ведеться за такими напрямами:
розробка наукової концепції музею;
дослідження музейних предметів та музейних колекцій;
розробка наукової концепції експозицій, тематико-експозиційних планів і проектів архітектурно-художнього рішення, удосконалення методики роботи, визначення пріоритетного завдання наукового комплектування фондів;
відпрацювання пропозицій з проблем розвитку військово-музейної справи;
розробка програм і методик щодо проблем музейної діяльності;
проведення соціологічних досліджень;
підготовка до видання наукових праць з військової (воєнної) історії та питань музеєзнавства, збірників матеріалів конференцій та семінарів, журналів, каталогів, путівників та інших матеріалів.