Навукова-даследчая праца – адзін з галоўных напрамкаў дзейнасці аддзела. Спектр навуковых даследаванняў ахоплівае праблематыку публічных бібліятэк рэспублікі, самой Нацыянальнай бібліятэкі Беларусі (ад фармавання інфармацыйных рэсурсаў, іх апрацоўкі да аптымізацыі сістэмы абслугоўвання), гісторыі бібліятэчнай справы, бібліятэчна-бібліяграфічнай класіфікацыі, вывучэння нацыянальных гістарычных кніжных калекцый і г.д. Сярод праведзеных даследаванняў за перыяд з 2000 па 2021 г.:
Базісам, на якім заснавана стратэгія сучасных бібліятэказнаўчых даследаванняў (даследаванні за перыяд 2000–2016 гг.), з’яўляецца гісторыя бібліятэчнай справы. На новым этапе развіцця бібліятэчнай навукі неабходна асвятленне гістарычнага вопыту мінулых гадоў для ўдасканалення сучаснай бібліятэчнай тэорыі і практыкі. Навукова-даследчая праца аддзела накіравана на стварэнне на аснове нацыянальнай архіўнай спадчыны ўнікальнай крыніцазнаўчай базы, што дазваляе ўзнавіць шырокую панараму гісторыі развіцця бібліятэчнай справы Беларусі і ўвесці ў навуковы ўжытак неапублікаваныя раней архіўныя дакументы.
У выніку сістэмнай і паэтапнай навукова-пошукавай працы аддзела, якая працягваецца больш за 30 гадоў, даследаваны перыяд з 1918 па 1990 г. За гэты час сабраны і сістэматызаваны матэрыял выкарыстоўваўся для падрыхтоўкі і выдання навуковых зборнікаў.
У 1978 г. выйшаў у свет 1-шы выпуск зборніка "Бібліятэчная справа на Беларусі: дакументы і матэрыялы", які ахоплівае перыяд з 1918 па 1941 г., у 1984 г. – 2-гі выпуск, дзе змешчаны дакументыза наступных 16 гадоў. У 2000 г. быў выдадзены 3-ці выпуск зборніка "Бібліятэчная справа на Беларусі: дакументы і матэрыялы. 1959–1975 гг.", у 2004 г. – 4-ты выпуск "Бібліятэчная справа на Беларусі: дакументы і матэрыялы. 1976–1990 гг.". У зборнікі ўключаны дакументы Нацыянальнага архіўнага фонду Рэспублікі Беларусь, у якіх адлюстраваны ўсе аспекты тэорыі і практыкі бібліятэчнай справы ў рэспубліцы за савецкі перыяд.
З 2003 г. аддзелам вядзецца даследчая праца па гісторыі бібліятэк Беларусі да 1918 г. і пошук дакументаў, што адлюстроўваюць гісторыю Нацыянальнай бібліятэкі Беларусі. Вынікам гэтай плённай працы стала выданне ў 2007 г. зборніка "Гісторыя Нацыянальнай бібліятэкі Беларусі ў дакументах 1922–2006 гг." (792с.), у 2008 г. – зборніка “Бібліятэчная справа на Беларусі: дакументы і матэрыялы. XIX – пачатак XX ст.”.
Супрацоўнікі аддзела таксама прымалі актыўны ўдзел у падрыхтоўцы манаграфіі "Национальная библиотека Беларуси: новое здание – новая концепция развития" і дадатку да яе – CD-ROMа "Строительство нового здания Национальной библиотеки Беларуси в документах".