La investigación no es un área diferenciada sino que sustenta todas las actuaciones del museo, concebido como un ámbito de experimentación multidisciplinar. Proporciona la base interpretativa al estudio de las colecciones y a la presentación de la exposición permanente. Inspira contenidos y enfoques innovadores en sus exposiciones temporales. Da soporte al tratamiento documental de los fondos. Es un requisito previo en la conservación de los edificios del museo, de las obras de arte y en sus campañas de restauración. Fundamenta los análisis relativos al público y los visitantes y la elaboración de sus actividades de formación y sus programas públicos. Y orienta, por último, sus prácticas en el campo de la mediación y la comunicación.
El museo comparte sus investigaciones acogiendo a expertos y jóvenes investigadores, favoreciendo el acceso a las colecciones, la biblioteca y el archivo del museo e integrándose en redes de colaboración con otros museos, instituciones y grupos de investigación. En el bienio 2020-2021, nuestras líneas de investigación se centran en los siguientes proyectos:
Las esculturas orantes de los primeros Duques de Lerma han sido seña de identidad del Museo, desde su fundación. La nobleza del bronce se ha ligado con la calidad del trabajo del escultor Pompeo Leoni y del fundidor y orfebre Juan de Arfe. La posibilidad de recopilar el proceso documental de ejecución y de reconstruir virtualmente su disposición original, unida a la restauración de ambas piezas —realizada por el IPCE—, ha logrado proporcionar una nueva dimensión a dos obras maestras de nuestra colección.
Las colecciones pictóricas del Museo albergan un desconocido corpus de dibujos de Genaro Pérez Villaamil (1807-1854), elaborados en la década de 1840, en los que da rienda suelta a su gusto por el ambiente pintoresco, la exaltación de los monumentos y la imagen folklórica de las gentes. El objetivo del proyecto es analizar este corpus en el contexto del viaje artístico ilustrado, del gusto romántico por la ruina y de las primeras iniciativas de conservación del patrimonio arquitectónico en España.
El Laboratorio Permanente de Público de Museos es un proyecto permanente de investigación, formación e intercomunicación sobre temas relacionados con el público de los museos estatales. El primer gran ciclo de investigaciones ha consistido en la publicación del estudio sobre el perfil de público del Museo Arqueológico Nacional y del Museo Nacional de Escultura.
El museo posee una valiosa documentación histórica que constituye una fuente de investigación decisiva para la historia de los museos españoles. Para facilitar el acceso digital, se ha emprendido un proyecto de catalogación y digitalización en varias fases, la primera de las cuales afronta la documentación relativa a la desamortización de los bienes de la Iglesia en Valladolid, las actuaciones de la Comisión de Monumentos y la creación del Museo en 1842.