Rannsóknir eru stór hluti af starfsemi Náttúrufræðistofunnar og eru þær einkum á sviði vatnavistfræði. Verkefnin hafa verið af öllum stærðum, stundum í samvinnu við aðrar rannsóknarstofnanir bæði innanlands og utan. Sum verkefni hafa verið unnin fyrir eigin reikning en önnur hafa hlotið styrki s.s. frá Rannís, ESB og Norrænu ráðherranefndinni. Einnig hefur verið nokkuð um útseld verkefni m.a. í tengslum við vatnaflokkun, mat á umhverfisáhrifum og skipulagsmál sveitarfélaga á höfuðborgarsvæðinu.