Научно-исследовательская деятельность в заповеднике направлена на изучение природных комплексов и долговременное слежение за динамикой природных процессов с целью оценки, прогноза экологической обстановки, разработки научных основ охраны природы, сохранения биологического разнообразия биосферы, воспроизводства и рационального использования природных ресурсов.

Научно-исследовательская деятельность в заповеднике проводится штатными сотрудниками по планам научно-исследовательских работ и научно-исследовательскими учреждениями, и высшими учебными заведениями соответствующего профиля на договорных началах по общим с заповедником программам.

Ежегодно проводятся зимние маршрутные учеты для определения плотности населения и численности млекопитающих и птиц на территории заповедника, учеты птиц на весеннем пролете. Охранный и научный отделы заповедника тесно взаимодействуют между собой. Инспекторы ведут дневники наблюдений и заполняют феноанкеты. В заповеднике формируются и находятся на хранении научные труды. Основная тема, выполняемая по заказу Минприроды России: «Изучение естественного хода процессов, протекающих в природе, и выявление взаимосвязей между отдельными частями природного комплекса (Летопись природы Олекминского заповедника)».

Периодичность отчетности - раз в год. Итог деятельности - подготовлено 30 томов "Летописи природы" за период с 1987 по 2016 включительно. Результаты работы научного отдела отражаются в ежегодных выпусках Летописи природы, которые доступны в специальном разделе нашего сайта. В 2015 году был издан Юбилейный сборник научных статей к 30-летию со дня создания госзаповедника «Олекминский». В сборнике приведены результаты работ разных лет по инвентаризации видового и ландшафтного разнообразия заповедника, мониторинговым исследованиям.

Научную деятельность заповедника с 1990 года возглавляет заместитель директора по научной работе Рожков Ю.Ф. Кроме координации всей научно-исследовательской работы, ведущейся в заповеднике, он с 1999 года ведет работу по созданию геоинформационной системы (ГИС) Олекминского заповедника. В настоящее время созданы основные тематические слои ГИС: растительность, ландшафты, рельеф и геология, почвы заповедника, топография и гидрологическая сеть.

С 2001 года для целей мониторинга природных комплексов заповедника в научном отделе начата работа по дешифрированию космических снимков территории заповедника. Информация с космических снимков, собранных за период с 1973 по 2016 годы анализируется и связывается с ГИС заповедника. В периодс 2005 по 2014 годы проведены исследования биологической активности почвенной биоты заповедника, в разные годы проведена оценка гидрохимического режима водоемов и водотоков заповедника.

Старший научный сотрудник Тирский Д.И. работает в заповеднике с 1985 года. Он отвечает за весь блок зоологических исследований на территории заповедника. В 2011 году успешно защитил кандидатскую  диссертацию на тему «Структура населения и экология гусеобразных и курообразных птиц Олекминского заповедника». В 2010 году был издан аннотированный список видов позвоночных животных, в котором подведены итоги инвентаризации этой группы биоты заповедника. Им же написана монография «Гусеобразные и курообразные птицы Олекминского заповедника (структура, население, экология)», которая была издана в 2012 году. В настоящее время он занимается популяционными исследованиями различных групп позвоночных животных.

С 2012 года на территории заповедника установлены фотоловушки, которые помогают при проведении учетных работ.

Сотрудник заповедника Рожкова О.Ю. работает в заповеднике с 1990 года. В 1997 году ею была подготовлена и успешно защищена кандидатская диссертация «Альгофлора водотоков Олекминского заповедника (таксономия, экология, качество воды)». В работе проведенаинвентаризация различных групп водорослей водоемов и водотоков заповедника. В настоящее время Рожкова О.Ю. занимается популяционными исследования сосудистых растений и фенологией.

С 2014 года заповедник начал международное сотрудничество с группой математиков университета г. Хельсинки. Включился в международный проект “EurasianChronicleofNature - LargeScaleAnalysisofChangingEcosystems (ECN)» - «Летопись природы Евразии: крупномасштабный анализ изменяющихся экосистем». В состав российской группы входят представители более сорока заповедников, специалисты из Испании, США, Норвегии.