La investigació en el museu és una funció fonamental que permet conéixer millor les col·leccions i l'edifici per a poder difondre'ls a la societat.
El museu desenvolupa recerques en diferents línies:
Es desenvolupen projectes concrets sobre els fons del museu que es poden plasmar després en una exposició o una publicació que reflectixen els resultats.
A tall d'exemple, s'ha dut a terme un estudi de la col·lecció Laia-Bosch de ceràmica de l'Alcora, comprada pel Ministeri de Cultura el 2009. L'estudi té com a finalitat confeccionar un catàleg i exposar les peces. S'ha posat l'accent principalment en aspectes poc tractats d'aquesta pisa, com pot ser la marca que hi deixen els claus de cocció (índex cronològic i d'atribució), l'estudi dels motles i el dibuix, etc.
S'han estudiat igualment els dissenys de tèxtils valencians dels segles XV i XVI, procedents de la Hispanic Society de Nova York, per a comparar-los amb altres dissenys coetanis, en particular de la ceràmica, però també en catifes, cuirs, fusta, etc. i la plasmació en olis sobre taula.
Un dels altres objectius del museu és el coneixement de l'edifici en què es troba, el palau del marqués de Dosaigües, així com de la família Rabassa de Perellós. Així, s'han estudiat la història del palau, les diferents reformes, els autors que hi van intervindre, la iconografia de la decoració pictòrica, la genealogia de la família dels marquesos de Dosaigües, etc. Els resultats d'aquestes recerques es poden consultar en les publicacions següents: “50 años (1954-2004)”; “El Museo Nacional de Cerámica en el Palacio de Dos Aguas”; “El Palacio de Dos Aguas. Claves de su restauración”; “El patrimonio artístico e histórico de los Rabassa de Perellós” i el “Palacio de Dos Aguas”.
El coneixement de l'etnografia, de la història i de l'arqueologia de la ceràmica és fonamental per a poder transmetre informació de qualitat i mantindre una posició preeminent com a centre de referència per a l'estudi de la ceràmica espanyola. Per això, el museu ha organitzat i ha participat en nombrosos programes d’investigació i també ha organitzat conferències, col·loquis, congressos i seminaris de formació per a difondre els seus resultats en publicacions i en fòrums científics especialitzats. Amb aquesta finalitat, el museu col·labora amb altres institucions (museus, universitats, centres d’investigació…) i amb investigadores i investigadors externs.
Actualment destaquen els programes següents:
A través del Laboratori permanent de públic de museus de la Subdirecció General de Museus Estatals del Ministeri, des del Departament de Difusió es du a terme un estudi continu del públic del museu per a conéixer-ne millor el perfil, les expectatives, motivacions i valoracions.
El museu col·labora amb altres institucions (museus, universitats, centres d’investigació…) i amb investigadores i investigadors externs per a dur a terme projectes d’investigació en comú, per a publicar estudis científics o organitzar col·loquis, congressos o conferències.
El Museu Nacional de Ceràmica ha col·laborat amb l'Institut de Ciència dels Materials de la Universitat de València per a estudiar el pigment blau de cobalt en mostres de ceràmica espanyola dels segles XIII al XIX. Els resultats obtinguts n’han permés conéixer detalls tècnics de fabricació, afinar la cronologia de fabricació i el lloc d'origen del mineral o autenticar un objecte.
Els resultats de les recerques es plasmen sovint en publicacions que es difonen entre la comunitat investigadora i la resta de la societat. S'han publicat estudis dels fons del museu, catàlegs d'exposicions temporals i estudis científics. La col·lecció Materials i documents, iniciada l’any 2006, dedica cada número a l'estudi de dades procedents de l'arqueologia, de textos escrits i d’altres fonts documentals, entorn d'un tema concret de l'àmbit de la ceràmica.
El museu oferix també un Servici d'atenció a la investigació.