אוספי הטבע הם תשתית מחקר המשמשת מאות  מדענים ואנשי מקצוע  מן הארץ ומן העולם ובכלל זה למעלה ממאה תלמידי מחקר המשתמשים באוספי הטבע בעבודת המחקר שלהם לתוארי מוסמך ודוקטור מדי שנה. נושאי המחקר מגוונים ביותר: מהבנת החשיבות של ממשקי יערנות שונים לשימור המגוון הביולוגי עד להבנת האבולוציה של תהליכי ביות; מלימוד השימוש בצדפים כקישוט בעולם העתיק ועד לזיהוי מינים פולשים בישראל; מהבנת תפקוד השלד של האדם הקדמון עד לימוד השפעת השיקום של ואדי צאלים; מהבנת הדגמים של המגוון הביולוגי היבשתי ללימוד התהליכים שמעצבים את היווצרות האתרים הארכיאולוגיים; ממחקר של היצורים של הים העמוק של מזרח הים התיכון להערכת ההשפעה של פרויקטים של שיקום בתי גידול לחים; מזיהוי קבוצות מינים שמהם ניתן להפיק חומרי טבע לתעשייה הביוטכנולוגית ועד לחיזוי התגובה של חברות ביולוגיות לשינויי אקלים וכיצד ניתן להיערך לשמירת טבע בתרחישים שונים של שינויי אקלים.