Από την ίδρυση του Μουσείου Γουλανδρή, κύριος σκοπός του ήταν και παραμένει, η έρευνα για τη συλλογή, καταγραφή και μελέτη του βοτανικού, ζωολογικού, γεωλογικού και παλαιοντολογικού πλούτου της χώρας και η αξιολόγηση των βιοτόπων σε συνεργασία με ερευνητικά κέντρα, μουσεία και πανεπιστήμια της Ελλάδας και του εξωτερικού.

Η έρευνα του Μουσείου περιλαμβάνει αποστολές για συλλογή υλικού, μελέτη πεδίου και εργαστηρίων, δημοσιεύσεις, κλπ. Τα πορίσματα των ερευνών του Μουσείου αποτελούν προϋπόθεση για την ορθολογική διαχείριση του φυσικού περιβάλλοντος αλλά και το μέσο για άλλες επιστημονικές αναζητήσεις.   Με την δημιουργία του Κέντρου ΓΑΙΑ το 1999 διευρύνθηκαν σημαντικά τα ερευνητικά ενδιαφέροντα του Μουσείου σε δύο νέους τομείς, με τη δημιουργία των άριστα εξοπλισμένων εργαστηρίων της Οικολογίας Εδάφους και Βιοτεχνολογίας και της Βιοαναλυτικής Χημείας .

Σκοπός τους, ο έλεγχος του εδάφους ως ζωτικού χώρου, γιατί η ασύγγνωστη διαχείρισή του έχει βαριές επιπτώσεις στην ποιότητά του και κατ’ επέκταση στα τρόφιμα και τον άνθρωπο.