A pesquisa no Museu de Arqueologia e Etnologia é realizada por docentes, técnicos e alunos em torno de seus acervos de Arqueologia e Etnologia, provenientes de vários locais no mundo e de vários períodos da história humana. O MAE também desenvolve pesquisas lideradas pelos docentes da instituição, tanto em território brasileiro como fora do país, assim como pesquisas vinculadas aos vários aspectos da Museologia aplicada à Arqueologia e à Etnologia.
Arqueologia: A pesquisa em Arqueologia feita no MAE se articula em torno das três linhas de pesquisa do Programa de Pós-Graduação em Arqueologia: 1) Arqueologia e Sociedade; 2) Arqueologia e Ambiente; 3) Arqueologia e Identidade. Entre as áreas de pesquisa desenvolvidas pelos docentes e alunos da instituição estão: Arqueologia brasileira, Arqueologia Andina, Arqueologia Mediterrânica, Povoamento das Américas, Etnoarqueologia, Arqueologia costeira, Bioarqueologia, Geoarqueologia, Microarqueologia e Arqueogenêtica.
Etnologia: A área de Etnologia Brasileira no MAE valoriza os estudos de cultura material. Através de pesquisas etnográficas e de coleções busca compreender os significados das produções artísticas ameríndias. Atenta às questões de patrimonialização e curadoria compartilhada, facilita o acesso das populações indígenas aos acervos, objetivando a interação do Museu com esses coletivos.
Museologia: Dentro da abrangência do campo museológico e a partir das possibilidades investigativas que o Quadro Disciplinar sugere – Museologia Geral, Especial e Aplicada ou Museografia –, a pesquisa em Museologia no MAE compreende Teoria Museológica, Historicidade e Análise da Construção do fenômeno Museu (processos de musealização e gestão), Comunicação Museológica, Exposição, Educação, Recepção e Público de Museus.
O MAE conta com 11 laboratórios temáticos na sua sede no Campus Capital e com o Centro Regional de Arqueologia Ambiental, localizado na cidade de Pirajú, interior de São Paulo.