臺灣史研究
核心研究計畫
臺史博非單以典藏及保存史料為目的，更進一步徵集史料，並加以研究、出版發表，推廣、深化臺灣史研究，也是本館承擔的重責之一。自籌建開始，便逐步擬定「臺灣涉外關係」、「臺灣族群互動」、「臺灣現代化」三大研究主題，相關研究及展示計畫大致環繞此三大核心主題。而主要工作內容，有相關學術出版、資料庫與專題網站的發布，以及研討會、工作坊的舉辦。務以歷史學為核心，進行跨領域的專題研究、發表與研討活動，總體提升認識歷史、研究臺灣的社會動能。
海外臺灣史料調查與編譯
為推動「臺灣涉外關係」、「族群互動」研究，本館特別擬定海外臺灣史料文獻的蒐藏整理，作為重點推展方向。期望藉由海外資料的蒐藏整理，建立臺史博的特色，也逐步使臺史博成為蒐藏及出版海外臺灣資料的重要據點與資源中心。
本館從2002年以後開始啟動「海外臺灣相關資料調查與收藏計畫」，迄今在外文資料的典藏上，累積了質量較為整齊的16至19世紀西方出版有關臺灣的地圖以及古籍資料，未來仍將持續進行相關外文臺灣資料的蒐集典藏。而針對海外臺灣資料的調查蒐集，本館將持續拓展調查蒐集的範圍，長期有計畫的將海外有關臺灣資料逐步收攏聚集本館。
目前成果的重點，在於19世紀末以後西方世界開始出現對於臺灣記錄及研究的專書。書寫者有學者、傳教士或記者，這些書籍呈現早期西方人臺灣研究的成果與觀察，對20世紀以後臺灣史的研究頗有開啟之功。本館目前正積極規劃出版，陸續將19世紀末到20世紀上半葉之間，西方有關臺灣研究的專書加以翻譯出版。
大眾歷史史料蒐集與推廣
期許作為一個「全體臺灣人的博物館」，本館除了推展展示與教育工作外，也特別著力於大眾歷史的研究，體察臺灣常民經驗與生命細節，讓過去歷史書寫與紀錄中常被遺漏忽視的論述，有機會於博物館現身。此外，基於廣泛的歷史資料蒐集，我們將更進一步嘗試理解、詮釋、演繹出更為豐碩多元的歷史圖像，並與大眾分享。
目前工作主題
臺灣女人
臺史博為積極蒐集建立臺灣女性相關史料，彰顯臺灣歷史中女性的各種形象，在不同時期的不同面貌，臺灣女人從家庭進入社會職場中，從身體的束縛到解放，依照各類的主題描述，建置並推廣「臺灣女人網站」，搭上豐富的圖像資料，期以呈現臺灣女人的文化特質。同時蒐羅臺灣女人相關音像影音資料，結合更多現有資源，如女性音像的持續整理記錄與應用，或以議題策劃展示，以及配合專書出版，也針對各類文物評估過程中相關成果，進行女性口述歷史等各項議題工作，讓臺灣女性史料更為豐富，除了提昇婦女研究之外，也希望這呈現的成果，能做為臺灣女性研究的礎石，建構臺灣兩性平權的社會願景。
日記資料解讀
本館因緣際會陸續收藏日記資料，如2005年入藏范遠霖「高雄飛行場日記」、2009年陸東原家族文物中的陸季盈日記，2013年的許天催日記（戰前地主及曾任街庄長）、鄭書聲日記（戰後初期小學校長），及曾任鹿港街長的陳懷澄日記（1916-1932年份）等等，涵蓋臺灣各階層，透過整理與發表，預期可成為諸般歷史研究的參考資料。
經初步數位化後，自2011年起本館長期進行陸季盈日記解讀班，邀集館內外的學者同仁一起研讀，並已陸續於相關學術研討會或發表正式學術論文，目前已粗具成果，對理解臺灣農村的的農業經營與社會教化運動有相當幫助。後續除持續館藏各類日記解讀外，也預計建置日記資料庫，以供大眾研究參考使用。
聲音的採錄技術的發展，在臺灣已經有百年的歷史。從唱片、膠卷錄音帶到數位化時代，有聲史料紀錄了臺灣社會的政經與文化動向，也成為讓現代大眾接觸歷史文化的絕佳材料。本館一方面擴充並整理館藏唱片文物，一方面也積極與典藏有聲資料的民間機構合作，進行各類有聲史料的蒐羅保存與整理工作。涉及之有聲資料專題極為廣泛，包括流行音樂、說唱戲劇、政治社會、記錄文化、生活消費等五大面向，相關唱片與膠卷之數位化及整理成果匯入本館研究資源平台，並建立對公眾發布機制，提供各界研究、活動應用之參考。
大宗史料編輯與整理
臺灣史料集成
《臺灣史料集成》叢書係結合國家資源、民間力量，積極推動臺灣歷史與人文的奠基工程，更是推展臺灣歷史重要的史料整理工程。以明清時期之政府檔案、方志的整理為起步，逐步整合各類公私文書含括及於古契約、私人文集、筆記、書信……等。至今出版「明清臺灣檔案彙編」5輯120冊、「清代臺灣關係諭旨檔案彙編」1輯9冊、「清代臺灣方志彙刊」3輯34冊、「臺灣總督府抄錄檔案契約文書」3輯35冊。此套書的出版，能增補以往有關臺灣史料不及之處，這不僅是國家重要的文化資產，也為臺灣史料的研究之路跨出關鍵的一步，更是一般民眾認識臺灣最真實的歷史材料。
日治時期報刊
臺史博為了留存重要文獻資料，整理更多早期臺灣內部顯的各方面消息，歷年陸續出版大宗歷史史料，除了搜尋、購藏目前可得的文物資料，也透過與相關單位合作整理現存日本時代報刊資料，嘗試進行復刻出版。如日本時代的重要媒體，且與臺南在地歷史、文化、物產、人民緊密連結之《臺南新報》與《臺灣日報》已復刻出版完成；日治時期唯一臺灣人所創設經營的媒體報刊《臺灣新民報》，也將整合現有留存資料，持續編輯發表。我們期望透過這些媒體史料的整理與研究，還原更為多元的歷史現場，將遭遺落的瑣碎歷史整理面世，為臺灣研究帶來更為豐富的詮釋立場。
歷史文物調查蒐藏與研究
歷史文物調查蒐藏
物件是博物館的基礎，博物館中講述歷史，除了文獻資料外，歷史文物是最重要史料。為完整陳述臺灣歷史脈絡，歷史文物調查蒐藏則成為首要的重點工作。
完善博物館的收藏，臺史博有計畫性地逐年展開文物調查與蒐藏工作，以蒐藏符合臺史博發展宗旨與具歷史價值之文物。蒐藏範圍包括荷蘭時期以至近代的各類資料，舉凡圖書、文獻、日常生活物件、影像及音聲資料等，尤以能彰顯臺灣多元族群、涉外關係及現代化的歷程之相關歷史文物為主要蒐藏範圍。
針對流散海外的臺灣文物及史料，透過購買、複製或捐贈的方式積極爭取入藏，目前臺史博典藏大量的地圖、外文臺灣史料、日治時期相關文獻與影片，大部分是來自海外蒐藏家手上。透過歷史文化調查與蒐藏，讓流落於各地的歷史文物，得到妥善的保存與維護，使臺史博成為臺灣歷史文物的寶庫，也讓世人再見臺灣歷史真風貌。
歷史文物的研究
研究與典藏為一體的兩面，文物捐贈、購置與典藏的工作，必須以研究做為基礎，方能有效收藏，並維持館藏的效率與良性運作，而納入館藏後，更需要研究工作的配合，以深化研究資源、建立研究特色。
臺史博的館藏品歷史研究，不是對於民藝蒐奇典藏的賞玩傳統，也異於人類學的物質研究，我們倡導以物為基礎的歷史蒐藏與研究方法，探究特定文物與歷史文化、社會脈絡的關連，以揭示過去研究者所未曾瞭望的臺灣史視野。
目前進行的館藏文物研究，如陶瓷、領收證、地圖、契約文書、唱片、大眾閱讀刊物、紀念章、日記等，延展物質研究的可能性與多元樣貌。藉著調查、蒐藏、整理與臺灣相關之歷史文物，發展物質文化的研究，藉由各種研討會、工作坊、讀書會的舉辦，藉此進入臺灣史學術對話，建立臺史博研究發展特色。
學術研討與推廣
學術論著出版
本館自2011年開館前後，即創刊本館館刊《歷史臺灣》，為半年學術期刊，每年5月及11月出刊，提供給館內外專家學者一個學術發表園地，並自2014年起，改組館刊編輯小組，正式對外徵稿，每期擇定相關主題進行徵稿。目前主要收錄臺灣史與博物館學專業論文，包含學術論文、史料文物譯介、書評、論壇與田野調查等，依照專業學術期刊標準進行徵稿、雙匿名審查，並透過專業編輯程序，使得本刊具有一定之學術品質。
另外為鼓勵臺灣史研究，特別是運用本館館藏研究之學術成果，制定長期的「研究專刊」出版計畫。特別對外徵稿、設置編輯小組，邀集館內外學有專精之專家學者擔任編輯委員，編輯過程嚴謹精準，圖文並茂，目前已陸續出版數本專論，務求臺灣史研究之推廣，並推升本館文物相關研究之能見度。
學術研討會與工作坊
為鼓勵臺灣歷史的研究風氣，開展與國內外學術社群之交流，臺史博於籌備處時期便積極對外合作，與各學術單位進行學術交流方面，辦理博物館與臺灣史研究研討會、合辦或主辦與本館研究發展宗旨相關之學術研討會。
因應本館著眼的海外史料調查研究、多元族群互動以及現代化社會發展的三項研究宗旨，持續透過學術研討會的召開討論臺灣與西方世界接觸後的社會互動現象；針對博物館「物」的研究方法與物質文化研究持續對話，深化館藏文物的論述內涵，除了增進臺灣歷史研究成果的積累與博物館實務工作的檢討。
未來仍賡續透過出版品、研究論壇與研討會等管道，構建學術對話、交流的平台，深化臺灣歷史研究的內涵。其中一個主軸，是為培養臺灣歷史與人文社會科學相關系所研究生結合文獻資料與田野採訪之研究視野與能力，培育臺灣史種子人才，從2007年起持續舉辦相關工作坊。歷年舉辦的工作坊已成為本館與青年學子重要的交流窗口，立基於臺南市的臺史博選擇最貼近土地、人民的研究方法──田野踏查，從點的踏查、線的追蹤，落實府城研究論壇到族群遷徙互動等多元族群互動的議題，逐步實踐開展地方歷史研究的可能面向。
研究資源平臺
數位時代中，圖書管理也不再僅是紙本資料蒐集保存，如何透過資訊科技「管理知識」，亦是需要務實面對的課題。從博物館網頁、數位典藏、數位展示到推廣教育，利用網路及數位媒體進行教育學習，研究資源資料庫化已經是普遍趨勢。自2011年起，臺史博開始整理、詮釋歷年所進行的各類型研究計畫，加上陸續進行「日本東京外國語大學臺灣音像資料調查計畫」、「李仙得〈臺灣紀行〉手稿出版計畫」等海外史料調查，「臺灣女人網站」、「音聲100年網站」等大眾歷史史料蒐集及臺灣史料集成、日治時期報刊等專案的推動，希望透過現代化、涉外關係與族群互動等主題，並結合「走入歷史田野工作坊」調查南臺灣田野資料，架構整合型研究計畫資料庫，透過線上數位化平臺的建置，流通各種不同類型資料。
臺灣史多元資源中心
知識的提供不僅止於書面，數位科技的發展讓提供知識服務的博物館擁有更多的可能性，由傳統博物館的研究、典藏、展示、教育等博物館資源，推展到雲端的數位博物館，提供更多的資源作為教育推廣的基礎。讓臺史博服務的對象不再是實地到館參觀的觀眾，而是全球化的網路群眾。
未來本館將以成為臺灣歷史資源網絡與應用平臺之「臺灣史多元資源中心」為目標，透過分眾使用者經營計畫，開展臺灣歷史詮釋，達成推廣臺灣歷史研究與教育的使命，逐步匯集而成臺灣歷史知識庫，實現雲端數位博物館的可能性。