Am LWL-Museum für Naturkunde wird naturwissenschaftlich geforscht, präpariert, gesammelt und publiziert. Das Museum gibt Fachbücher sowie drei Fachzeitschriften heraus und betreibt eine naturkundliche Fachbibliothek.

Die Forschung am LWL-Museum für Naturkunde hat eine Tradition bis ins 19. Jahrhundert. Die Museumswissenschaftler und -wissenschaftlerinnen forschen an geologischen, paläontologischen, ökologischen und anderen biologischen Fragestellungen. Die Forschungstätigkeit hat einen engen Bezug zur Region Westfalen Lippe und angrenzenden Gebieten. Traditionell wird eng mit ehrenamtlichen Forscherinnen und Forschern sowie naturwissenschaftlichen Arbeitskreisen und Vereinen zusammengearbeitet. Im Bereich der Bürgerwissenschaften laufen verschiedene Projekte, bei denen gemeinsam mit Bürgern und Bürgerinnen die Vorkommen von Pflanzen, Pilzen und Tieren in der Region und über die Zeit untersucht werden.

Das Museum ist nach dem Denkmalschutzgesetz NRW mit der Durchführung der paläontologischen Bodendenkmalpflege in Westfalen-Lippe betraut.