Научно-исследовательская работа на территории заповедника и прилегающих участках осуществляется силами научного отдела заповедника и сторонними организациями. Штат научного отдела включал 10 чел: заместитель директора по научной работе, 5 научных сотрудников, 4 лаборанта-исследователя.

Научные исследования направлены, главным образом, на организацию и проведение мониторинговых работ, выявление природного разнообразия территории заповедника, в т.ч. редких видов флоры и фауны и изучение состояния популяций редких видов.

В заповеднике проведена инвентаризация лихенофлоры, бриофлоры, сосудистых растений, орнито- и териофауны и частично микофлоры и энтомофауны. Результаты работ опубликованы в виде научных статей и аннотированных списков.

Детально изучены почвы и растительность заповедника; составлены почвенная, геоботаническая и ландшафтная карты его территории.

К настоящему времени сеть мониторинговых стационарных площадей, расположенных на территории заповедника и его охранной зоны, включает  более 100  пробных и учетных площадей. На них ведутся наблюдения за редкими видами растений (калипсо луковичная и башмачок настоящий), проводятся лесоведческие и геоботанические исследования, простейшие почвенные наблюдения, изучение сезонной динамики растительных сообществ, определение урожайности ягодных кустарничков и грибов. Мониторинг фауны заповедника осуществляется на постоянных маршрутах протяженностью 125 км и учетной площади размером 47,7 км путем проведения Зимних маршрутных учетов и окладных учетов численности животных, и на орнитологических маршрутах общей  протяженностью 50 км. Постоянные геоморфологические  и спелеологические наблюдения проводятся в 3 режимных и 5 контрольных пещерах, на 5 маршрутах изучения активности экзогенных процессов, общей протяженностью 35 км, гидрохимическом профиле по р. Сотке, протяженностью 30 км, 5 гидрологических постах на озерах  и ручьях заповедника.   В 1994 г. разработана Дифференцированная программа Летописи Природы Пинежского заповедника. В 2011 году вышел 34 том Летописи Природы. По материалам наблюдений и исследований за 35-летний период  сотрудниками заповедника опубликовано более 200 научных публикаций, защищено 5 кандидатских диссертаций.

В разные годы изучение природного комплекса заповедника проводилось силами сторонних специалистов: Карстовым отрядом ЗАО “Архангельскгеолразведка”, г. Архангельск (мониторинг геологической среды закарстованных территорий), Институтом Географии РАН г. Москва (почвенные исследования, составление почвенной карты), ЛГУ, г. С-Петербург (флористические исследования, составление списка сосудистых растений заповедника), ЛГПИ, г. С-Петербург (геоботаническое картографирование, составление геоботанической и ландшафтной карт), Проблемной лабораторией МПГУ, г. Москва (изучение луговой растительности и многолетней динамики популяций мышевидных), Центром Экологических проблем леса РАН, г.Москва ( изучение лесной растительности), Ивановского гос.университета, г. Иваново (изучение состава энтомофауны, вопросов экологии, морфологии и  фенологии представителей земноводных и мышевидных), Института Экологических Проблем севера УрО РАН и Поморского гос.университета  г. Архангельск (энтомологические и микологические исследования).

В заповеднике созданы банки данных отдельных компонентов природного комплекса заповедника: База данных Гербарий ПГЗ, Банки данных карстологических материалов, Банки данных по урожайности ягодных кустарничков и грибов, редких  видов растений (Cypripedium calceolus, Calypso bulbosa) и животных,  Банки первичных материалов по всем видам орнито- и териофауны заповедника.