Nacionalinio muziejaus Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės valdovų rūmų padalinys Mokslinių tyrimų centras organizuoja, sistemina ir vykdo kultūros, meno, istorijos, archeologijos bei kitus mokslinius tyrimus, kartu su mokslo ir studijų institucijomis bei mokslinių tyrimų įstaigomis rengia nacionalines ir tarptautines konferencijas, seminarus, įgyvendina kitus kultūros paveldo tyrimo ir aktualinimo projektus, susijusius su Lietuvos valdovų rūmais, rengia nuolatines ir laikinas ekspozicijas, organizuoja parodas bei kitus kultūros ir švietimo renginius, publikuoja tyrimų rezultatus.
Mokslinių tyrimų centrą sudaro Archeologijos, Architektūros, Archyvavimo, Kultūros ir dailės istorijos bei Restauracinės priežiūros grupės.
Archeologijos grupės (administratorius dr. Povilas Blaževičius) pagrindinė veiklos užduotis – archeologinių duomenų, sukauptų per ilgamečius Valdovų rūmų teritorijos tyrimus, mokslinė analizė. Archeologijos grupės specialistai, dirbdami su archeologiniais objektais bei artefaktais, taip pat studijuodami jų radimo aplinkybes, rekonstruoja rūmų ir visos Vilniaus pilies teritorijos apgyvendinimo bei užstatymo intensyvumo raidą. Be to, įvairiais aspektais tiria gyvenimo kokybės, kasdieninės veiklos kaitą, socialinių, politinių ir ekonominių pokyčių bei įvykių refleksijas archeologinėje medžiagoje. Pirminiai archeologinių tyrimų rezultatai atsispindi Archeologijos grupės darbuotojų parengtose mokslinėse lauko tyrimų ataskaitose, o gausiai žiniasklaidoje ir įvairiuose akademiniuose leidiniuose publikuojami straipsniai bei pranešimai su vertingiausiais duomenimis supažindina ne tik mokslininkų bendruomenę, bet ir plačiąją visuomenę. Akivaizdžiausi taikomieji šių mokslinių darbų rezultatai matyti rekonstruotuose Valdovų rūmų eksterjeruose ir interjeruose. Šios grupės specialistai turi dendrochronologijos laboratoriją (vadovė dr. Rūtilė Pukienė), kurios pagrindinė veikla – per Vilniaus Žemutinės pilies tyrinėjimus atkastų archeologinių medinių konstrukcijų tyrimai ir teritorijos užstatymo raidos rekonstrukcija.
Architektūros grupė (administratorė Rasa Abramauskienė) analizuoja ir apibendrina anksčiau vykdytų Valdovų rūmų ir viso Vilniaus Pilies ansamblio tyrinėjimų medžiagą, įtraukdama ir tarpukario tyrimų duomenis, ruošia Valdovų rūmų ir Žemutinės pilies buvusių pastatų architektūrinės raidos modelį, analizuoja per archeologinius tyrimus aptiktus radinius, susijusius su rūmų vidaus ir išorės architektūra, rengia šių detalių katalogus, taip pat Pilies užstatymo įvairiomis epochomis rekonstrukcijas-maketus ir ankstesnių rūmų trimačius modelius – vizualizacijas.
Archyvavimo grupė tvarko ir skaitmenina archeologinių tyrinėjimų grafinę medžiagą bei fiksuoja naujų tyrimų ir restauravimo darbų eigą.
Kultūros ir dailės istorijos grupė (administratorius Eimantas Gudas) tyrinėja Lietuvos didžiųjų kunigaikščių rezidencijos Vilniaus Žemutinėje pilyje istoriją, Lietuvos valstybingumo raidos svarbiausius etapus, dvaro kultūros savitumą, valdovų ir kitų istorinių asmenybių vaidmenį.
Restauracinės priežiūros grupės prioritetinis uždavinys yra Valdovų rūmų teritorijoje aptiktų archeologinių radinių išsaugojimas – jų konservavimas ir restauravimas, eksponatų paruošimas saugojimui ir eksponavimui, saugojimo, eksponavimo ir transportavimo sąlygų užtikrinimas. Prevencinio konservavimo sritis apima ir muziejaus saugomus istorinius eksponatus. Bendradarbiaujant su įvairiomis laboratorijomis atliekami rentgenografiniai, metalų kokybinės ir kiekybinės sudėties, medienos ir augalinių bei gyvūninių pluoštų, odos rūšies, mikrobiologiniai, gemologiniai ir kiti tyrimai.
Mokslinių tyrimų centro vedėjas Gintautas Striška