Научно-исследовательская работа направлена на изучение степных комплексов и долговременное слежение за динамикой природных процессов с целью оценки и прогноза экологической обстановки, разработки научных основ охраны природы, сохранения биологического разнообразия, воспроизводства и рационального использования природных ресурсов Оренбургской области. Научные работы по программе Летописи природы ведутся с 1991 года.
Результаты многолетних полевых исследований сотрудников научного отдела заповедника и многочисленных научно-исследовательских организаций, работающих на заповедной территории на договорных основаниях (форма договора о сотрудничестве), собраны в научном архиве заповедника. Итоги многолетних научных исследований заповедной природы отражены в научных публикациях, статьях, отчётах, фотоматериалах. За двадцать лет работы накоплены гербарные сборы.
Поскольку одним из основных направлений деятельности заповедника является содействие в подготовке научных кадров и специалистов в области охраны окружающей природной среды, то его территория широко используется для прохождения полевой практики студентов ВУЗов России (форма договора о сотрудничестве).