Praca naukowo-badawcza od początku istnienia Centralnego Muzeum Jeńców Wojennych stanowi ważną część jego działalności. Jej zakres zmieniał się na przestrzeni lat. Do końca lat osiemdziesiątych XX w. dotyczył niemieckiego systemu jenieckiego podczas II wojny światowej. Po 1989 r. uległ znacznemu poszerzeniu i obecnie obejmuje problematykę jeniecką okresu II wojny światowej, ze szczególnym naciskiem na losy polskich żołnierzy w niemieckiej i radzieckiej niewoli oraz w obozach internowania w krajach neutralnych.

Poza tym badania dotyczą wybranych zagadnień z najnowszej historii Polski, w tym przede wszystkim kwestii związanych z istnieniem powojennych obozów izolacyjnych na Śląsku Opolskim. Prac naukowych muzeum nie ogranicza cezura 1939–1945, uwzględniają one także przyczyny i skutki tragicznych wydarzeń II wojny światowej. Znaczącą pozycję zajmuje w nich również historia obozów w Lamsdorf/ Łambinowicach (1870–1946) oraz dzieje samego poligonu, na którym je wszystkie utworzono.

Działalność naukowo-badawcza muzeum jest realizowana poprzez kwerendy archiwalne i biblioteczne w kraju oraz za granicą. Wyniki badań są prezentowane i omawiane na spotkaniach naukowych, konferencjach, sesjach naukowych i popularnonaukowych oraz w publikacjach, a rzetelna wiedza uzyskana w toku prac naukowo-badawczych jest podstawą działalności oświatowo-wystawienniczej, edukacyjnej i upamiętniającej prowadzonej przez muzeum.