美術館的研究工作即文化藝術開發的工作，也是使美術館在持續發展中保有生機、動力而不至朽化的重要根源。
北美館的研究工作包括館務發展、美術學術以及研究出版三個部份：
館務發展：
召集「館務發展小組成員」每兩週定期開會，討論重點著重在有關美術館經營理念的開發，以及美術館展覽、典藏、推廣等相關政策及制度法規的制定。
美術學術研究：
召集館內研究銜同仁針對中國當代藝術、現代水墨、全球當代影像、美術館行銷與觀眾研究、教育推廣、台灣美術史、典藏品研究、展覽規劃、美術館實務等相關議題進行研究。
研究出版：
每年定期出版相關之美術學術刊物（如「現代美術學報」、「美術論叢」、「現代美術雙月刊」等），以及籌畫重要專題之深度演講及座談。研究專書則是不定期，針對不同主題，由研究組同仁負責撰寫與彙整編輯，或邀請國內外具影響力之專家學者撰文，彙集成書。