Das Middelheimmuseum legt bei seiner Arbeit großen Wert auf wissenschaftliche Forschung.
In den verschiedenen Abteilungen des Museums wird (oft in Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern) auf verschiedene Weise Forschung betrieben: kunsthistorische Forschung und Archivforschung, technische Forschung in Bezug auf die Instandhaltungs- und Restaurierungsmöglichkeiten von Skulpturen im Freien, die Erforschung von Methoden in Bezug auf Publikumsvermittlung, Nachhaltigkeit usw. Das Museum führt nicht nur Studien über die Kunst, sondern auch Untersuchungen innerhalb der Kunst durch, indem es Dissertationen in der Kunst und „Artists in Residence” betreut und externe Projekte berät.
Das Museum teilt die Untersuchungen (und deren Ergebnisse) über Publikationen (pdf) und auf Symposien, sowie durch die Entwicklung und/oder Optimierung von Instrumenten zur Publikumsvermittlung und die Öffnung des Dokumentationszentrums. Die Untersuchungsergebnisse schlagen sich auch in der Präsentation und Schaffung von Kunst im Freien nieder.
