В 2005 году при музее был организован научный отдел, задачи которого весьма многообразны. В первую очередь это экспертиза палеонтологического материала, привезенного из экспедиций.

Самые ценные с научной точки зрения находки каталогизируются и пополняют научный фонд музея. Те находки, которые представляют меньшую ценность из-за их обилия и хорошей изученности, направляются в отдельный фонд, из которого потом подбирается материал для создания сборных скелетов.

На сегодняшний день научный фонд музея насчитывает более 10 000 ископаемых остатков, многие из которых уникальны. Например, серия рогов шерстистого носорога или мумифицированные части тела животных, обнаруженные в вечной мерзлоте.

Во время одной из экспедиций, на Западной Чукотке была обнаружена мумия передней части тела жеребенка, жившего около 58 тыс. лет назад. К счастью, находка была сделана зимой и сразу помещена в холодильник, в котором ее и доставили в Москву. Таким образом, мумия была сохранена в первозданном состоянии – в первый раз за всю историю биологии!

Сейчас при музее совместно с Российской Академией наук образована рабочая группа по изучению этой редчайшей находки. По словам британского палеонтолога Э. Листера, научная коллекция музея представляет «огромный ресурс для научных исследований».

На материалах коллекции ведутся работы в Лондоне, Флоренции, Техасе, Санкт-Петербурге, Копенгагене. Во всех этих проектах принимают участие сотрудники научного отдела музея.

Каждый год научный коллектив музея проводит экспедиционные работы на Северо-Востоке России.