Luonnontieteellisen tutkimuksen päämääränä on tuottaa hyvin perusteltua tieteellistä tietoa, jota hankitaan tieteellisillä metodeilla eli menetelmillä. Luonnontieteellisen tutkimuksen tulee olla mahdollisimman objektiivista eli tutkijasta riippumatonta. Tämä tarkoittaa sitä, että tutkijan henkilökohtaiset näkemykset vaikuttavat mahdollisimman vähän tutkimukseen, tuloksiin ja niiden tulkintaan.

Tutkimuksen tulee olla myös toistettavissa.  Tästä syystä tutkimuksen toteutustavat pitää kuvata tarkoin. Jos tutkimus tehtäisiin uudelleen samalla tavalla, siitä pitäisi saada samantyyppiset tulokset. 

Jos koetulokset vaihtelevat eri tutkimusten välillä liikaa, ei ole perusteltua luottaa yhden tutkimuksen tuloksiin. Tutkimuksessa pyritään huomioimaan mahdolliset virhelähteet, jotka voivat vääristää tuloksia. Tutkimusolosuhteet yritetään pitää tasaisina koko tutkimuksen ajan. Tärkeää on myös, että havaintoja on runsaasti ja tiettyä koetta toistetaan useita kertoja, jotta satunnaistekijöiden vaikutus tuloksiin jää mahdollisimman pieneksi.

Tieteellinen tieto tulee perustella tieteellisin menetelmien avulla ja sen pitää olla julkista eli avointa kaikille. Tieteelliselle tiedolle on tyypillistä, että tuloksia pitää voida arvioida kriittisesti toisten tutkijoiden toimesta. Tieteelliset tutkimukset vertaisarvioidaan eli toiset tutkijat arvioivat tutkimuksen laadun ja luotettavuuden.

Tieteellistä tietoa karttuu jatkuvasti ja vanha tutkimustieto tarkentuu. Tieto ei ole koskaan valmista vaan tietoa on tietoa vain "sillä hetkellä".

Biologinen tutkimus voi olla perustutkimusta tai soveltavaa tutkimusta. Perustutkimusta tehdään puhtaasti uteliaisuudesta ja tiedon halusta, eikä tutkimustiedolla välttämättä ole suoraa hyötyä tai soveltamiskohteita. Perustutkimuksessa tuotettu uusi tieto on tärkeää, sillä on mahdotonta tietää etukäteen, minkä alan perustutkimuksesta seuraa myöhemmin ihmiselle hyödyllisiä sovelluksia. Esimerkiksi Louis Pasteur ei olisi onnistunut keksimään koko maailmaa hyödyttävää maidon pastörointia ilman perustutkimusta.


Linnuston seuranta on esimerkki perustutkimuksesta.

Jos tutkimuksen tavoitteena on käyttää saatua tietoa hyödyksi jonkin rajatun ongelman ratkaisemiseksi, puhutaan soveltavasta tutkimuksesta. Soveltavassa tutkimuksessa hyödynnetään perustutkimuksesta saatua tietoa jotakin käytännöllistä tavoitetta varten. Esimerkiksi rokotteiden kehittäminen taudinaiheuttajia vastaan on soveltavaa tutkimusta. 


Kasvinjalostus on soveltavaa tutkimusta.