Naujausius tyrimus ir jų rezultatus LNDM pristato mokslo konferencijose, seminaruose, viešose paskaitose, publikuoja parodų kataloguose ir mokslo leidiniuose. Muziejaus vykdomi tyrimai taip pat pristatomi tęstiniuose leidiniuose – „Lietuvos nacionalinio dailės muziejaus metraštyje“ ir nuo 2024 m. leidžiamame recenzuojamame mokslo žurnale „Vizualiųjų menų tekstai / Visual Art Texts“, skirtame meno, istorijos ir vizualiosios kultūros tyrinėjimams.
LNDM tyrimų tikslas – ne tik pažinti ir moksliškai dokumentuoti muziejaus rinkinius, bet ir permąstyti jų interpretavimo būdus, atskleisti mažiau pažintas Lietuvos dailės istorijas, įtraukti jas į platesnius regioninius ir tarptautinius meno istorijos, vizualiosios kultūros, paveldo ir atminties tyrimų kontekstus. Šiam tikslui nuo 2021 m. muziejuje vykdomos ilgalaikės tyrimų programos, jungiančios nuoseklų LNDM rinkinių tyrimą su platesnėmis Lietuvos dailės istorijos problemomis ir jų interpretacija Baltijos, Vidurio ir Rytų Europos bei tarptautiniuose kontekstuose.
2021–2025 m. pagal ilgalaikes tyrimų programas įgyvendinti įvairių LNDM rinkinių sritis aprėpiantys projektai. Tarp jų – „Pranciškus Smuglevičius – iškili Apšvietos figūra Abiejų Tautų Respublikoje“ (kartu su Vilniaus universiteto, Vilnaus dailės akademijos, Lietuvos kultūros tyrimų instituto tyrėjais), „Boleslovas Ruseckas – dailininkas, kolekcininkas, mecenatas“ (kartu su Lietuvos mokslų akademijos Vrublevskių biblioteka, Lietuvos nacionaliniu muziejumi, Krokuvos nacionaliniu muziejumi, Varšuvos nacionaliniu muziejumi), „Feliksas Daukantas – dizaino teoretikas ir edukacijos pradininkas“ (kartu su VšĮ „Dizaino fondas“, Lietuvos nacionaline Martyno Mažvydo biblioteka, Vilniaus dailės akademija), „Augalai ir gyvūnai lietuvių liaudies mene“ ir kiti. Tyrimų rezultatai pristatyti parodose, leidiniuose ir konferencijose, taip pat paskaitose, edukacijose, ekskursijose.
Nuo 2026 m. vykdomos atnaujintos keturios ilgalaikės tyrimų programos ir inicijuota nauja – Jono Meko archyvo tyrimams skirta programa. LNDM saugoti patikėtas įvairialypis menininko archyvas suteikia galimybę naujai pažvelgti į J. Meko kūrybinį palikimą, jo ryšius su Niujorko avangardo scena ir platesne tarptautine meno aplinka.
