Pour répondre à ces objectifs, le LRMH mène plusieurs types d'études et de recherches :

Des recherches de fond en liaison avec des laboratoires de l'université, du CNRS ou des grandes écoles, sur :
la connaissance des matériaux ; les processus de dégradation des matériaux ; les produits ou les techniques utilisés en restauration : efficacité, degré de réversibilité, durabilité des matériaux anciens et des traitements ; l'amélioration des techniques d'analyses, en particulier dans des domaines comportant peu de références comme les produits de restauration, etc.

 Des études sur un monument ou sur une œuvre, à la demande des maîtres d'œuvre et responsables du service des monuments historiques, généralement dans le cadre d'une étude pluridisciplinaire préalable aux travaux de restauration.
L'étude du laboratoire peut être plus ou moins approfondie selon la difficulté du problème posé et l'importance du monument. Elle suit généralement plusieurs étapes :

  • Une étude de terrain qui permet d'appréhender l'œuvre dans son contexte, de faire des observations précises des altérations, et d'émettre les premières hypothèses sur l'origine des désordres. On établit ainsi le protocole d'étude, on procède à l'échantillonnage ainsi qu'aux mesures relatives à l'environnement ;
 • Une étude en laboratoire, à partir de l'échantillonnage réalisé sur le monument, qui va du micro-prélèvement de polychromie à la dépose d'un ou plusieurs panneaux de vitraux. On procède sur ces prélèvements à des observations poussées, puis à des analyses de composition des matériaux et de leurs produits d'altération. La corrélation entre analyses et observations in situ permet l'interprétation des phénomènes constatés ;
 • Des essais de traitement, réalisés le plus souvent par un restaurateur sous le contrôle du LRMH, qui aboutissent à des conseils d'intervention ou de conservation préventive.

 Des études sur l'environnement des œuvres et sur leurs conditions de conservation.
 Ces travaux vont des mesures sur place jusqu'aux études hydrogéologiques de sites. Par la suite, le LRMH est souvent conduit à suivre l'évolution de l'œuvre traitée ou protégée, au moyen d'appareillages qui enregistrent les données environnementales en continu.