Naturmangfold er hovedtema for all forskning ved NHM. Naturmangfoldet favner biologisk og geologisk forskning som beskriver mangfoldet (variasjonen) i naturen og søker å forklare prosessene som leder fram til dette mangfoldet.
Det biologiske mangfoldet (arts- og gen-mangfoldet) og dets fordeling i naturen studeres innen biosystematikk-faget (taksonomi), mangfoldet av arter og naturtyper (på ulike romlige skalaer) og det ikke-levende miljøet innen deler av økologifaget, og mangfoldet av mineraler og bergarter innen geologifaget.
De vitenskapelige samlingene er museets ryggrad. Samlingene er utgangsmateriale for en meget stor del av den forskning som foregår ved museet. De blir benyttet av forskere utenfor museet, dels ved personlig besøk, dels ved lån av materiale.
Naturhistorisk museum er Norges største samling av naturvitenskapelige objekter. 7,7 millioner objekter finnes her, det er 65% av landets totale naturhistoriske samlinger. Mye av materialet er uerstattelig, bl.a. fordi de steder det kommer fra er blitt ødelagt, bebygget etc. Derfor har museet et stort ansvar for å ivareta sitt materiale på best mulig måte.
Nye vitenskapelige artikler fra NHM
Forskergrupper
Vitenskapelige samlinger
Forskning i Arktis

Norge har lang tradisjon innen arktisk og annen polarforskning. For Naturhistorisk museum har utforskningen av Arktis og Nordområdene fortsatt høy prioritet.
GBIF Norway

NHM er vertskap for den nasjonale noden av Global Biodiversity Information Facility (GBIF). GBIF har til oppgave å gjøre data om jordas biologiske mangfold tilgjengelig for alle på nett.