自然保护区是生物、地学以及环境科学研究的重要基地。由于自然保护区的长期性、自然性和典型性等特点，使得自然保护区不仅能提供环境与生物及其组成的各种系统的珍贵的本底资料，同时特别有利于进行长期定位研究，探讨各种生物系统的结构、功能及其在自然和人为干扰下的动态过程。
由于自然保护区分布在不同的地域，并包括不同的生物群落类型，当保护区网建成以后，按照统一要求在各个保护区中进行的科学研究，将在生态和环境监测中发挥重要作用。例如联合国环境规划署（ＵＮＥＰ）的全球环境监测计划（ＧＥＭＳ），许多地方就是结合在国际生物圈保护区中进行的。
自然保护区中可以开展的科研课题是多种多样的，它因保护区的类型、地点、时间以及社会需要而变化。概括起来主要包括以下几方面的课题：
（１）保护区动植物区系、生物群落、自然条件的调查研究；
（２）濒危动植物名录及其保护繁殖；
（３）生态系统的结构、功能及动态；
（４）古生物及地质历史的研究；
（５）环境监测（包括气候、土壤、水文等自然环境及污染物的变化）；
（６）保护对象的生命维持系统的最小面积的研究；
（７）野生动植物资源及其合理保护和开发利用的研究。
保护区的研究工作除了依靠保护区本身的科研人员外，更主要的是要组织科研机关、高等院校及其它有关部门的科研力量协力完成。各级自然保护区应在科研的组织协调方面发挥应有的作用。目前特别需要在全国范围内对各个保护区组织系统的综合考察，考察中既要有统一的提纲和方法，又要根据各保护区的特点适当增加一些特殊的项目和内容，逐步建立起全国自然保护区网络和数据库。