Museet har en faglig bemanding, der sikrer, at museet kan indgå i relevante forskningsmæssige sammenhænge i Danmark og udlandet og kan søge midler til at fremme og finansiere museets forskning.
Hovedtrækkene i museets forskningsområder kan sammenfattes i følgende emner:
- Jernbaner og kulturlandskab, herunder byudvikling og bebyggelsesmiljøer i sammenhæng med jernbanen
- Jernbaner og mennesker, herunder fokus på væsentlige aktører, kønsroller og rejser
- Jernbaner og mentalitetshistoriske aspekter, herunder opfattelsen af jernbaner, stationer og jernbanen i bredeste forstand som kulturfænomen, som en del heraf jernbanernes rolle i sprog, litteratur, medier og kunst
- Jernbanernes teknologihistorie med brug af moderne, problemorienterede tilgange og med fokus på rullende materiel
- Jernbaner i et infrastrukturelt, samfundsøkonomisk og trafikpolitisk perspektiv
Museets ledelse og bestyrelsen arbejder på at formulere en langsigtet forskningsstrategi, der skal sikre fokus på væsentlige områder og nye tilgange.
Forskningsstrategien skal skabe et nyt grundlag for at arbejde med jernbanehistorien og for at benytte museets genstande til at belyse nye spørgsmål. Strategien skal desuden skabe grundlag for tværfaglige og tværinstitutionelle samarbejder med andre relevante institutioner i ind- og udland.
Det er museets overordnede politik, at der på de relevante fagområder skal være anerkendt forskningsmæssig kompetence til rådighed. Museet råder for øjeblikket over en ph.d. (René Schrøder Christensen).
Danmarks Jernbanemuseum udgiver det fagfællebedømte tidsskrift Jernbanehistorie, som bringer artikler med stor faglig bredde. Tidsskriftet har en bred tilgang til jernbanernes kulturhistorie og afspejler museets tilgang til emnet og til forskning på området.