Un dels eixos d'actuació del Museu és la recerca centrada en els àmbits relacionats, directament o indirectament, amb la seva temàtica i el seu espai territorial: "Tàrraco i l'ager tarraconensis" des dels antecedents de la cultura ibèrica (s. VI-V aC) fins a la fi del període visigòtic (s. VII-VIII dC).
És la recerca, el que contribueix a un millor coneixement tant de les peces que conformen les nostres col·leccions com dels jaciments i conjunts arqueològics que gestiona el Museu (Vil·la romana dels Munts, Conjunt Monumental de Centcelles, Teatre romà, Necròpolis Paleocristiana, Torre dels Escipions i Arc de Berà), per aconseguir un millor coneixement del passat de Tàrraco i el seu territori.
En els darrers 15 anys, s'han dut a terme intervencions arqueològiques a la Vil·la romana dels Munts, la Necròpolis Paleocristiana, el Conjunt Monumental de Centcelles i el Teatre romà que, en diversa mesura, han aportat dades de rellevància sobre les característiques, la funcionalitat i el procés evolutiu d'aquests importantíssims conjunts de la Tàrraco romana.
A més dels programes propis respecte de les seves col·leccions i dels monuments que gestiona, el Museu participa activament en la recerca a través de la col·laboració o participació en projectes d'altres institucions científiques. Els resultats, tant els propis com els d'altres institucions, es difonen a través de l'organització o participació en seminaris, conferències, exposicions i publicacions. L'atenció i el suport als investigadors sobre àmbits afins a la temàtica del Museu també formen part de les activitats del MNAT.
