Изучением природы заповедника занимается научный отдел. Основная тема научных исследований — “Изучение явлений и процессов, протекающих в природном комплексе заповедника”. Госинспекторы на своих участках собирают первичную информацию по фенологии и встречам животных, которая является основой для ведения баз данных заповедника. Сотрудники заповедника ежегодно проводят учеты животных и птиц, обитающих на его территории. Также научный отдел координирует работу сторонних научно-исследовательских организаций на территории заповедника. Ежегодно проводятся зимние маршрутные учеты для определения плотности населения и численности средних и крупных млекопитающих на больших территориях. Охранный и научный отделы заповедника тесно взаимодействуют между собой. Во время выездов на полевые работы научные сотрудники проводят учебу с инспекторами, обучая их правильно и полно вести наблюдения в природе. Результаты работы научного отдела отражаются в ежегодных выпусках Летописи природы, которые доступны в специальном разделе нашего сайта.

С 1991 года заместитель директора по науке Ирина Утехина работает по программе изучения белоплечего орлана на территории заповедника и Северо-Охотском побережье. Материал ее диссертации использован при подготовке очерка о белоплечем орлане в Красной книге РФ и Красной книге Магаданской области. За годы изучения накоплен обширный материал, опубликовано почти два десятка научных статей в России и за рубежом. Ежегодно Ирина Геннадьевна проводит мониторинг, позволяющий следить за численностью белоплечего орлана.

Изучением белоплечего орлана – эндемика Дальнего Востока России также занимается профессор философии Калифорнийского университета Евгений Потапов. Ежегодно он приезжает на места гнездования орланов для изучения экологии и мониторинга их численности. В 2012 году для наблюдения за гнездами впервые в мире был использован квадрокоптер – радиоуправляемая модель с закрепленной видеокамерой.

С 2009 года началась масштабная работа по созданию инвентарного списка насекомых и паукообразных Магаданского заповедника. В 2012 году утверждена программа мл. н. с. Николая Тридриха по изучению фауны насекомых и паукообразных заповедника, впервые создается энтомологическая коллекция.  Кроме того, по разделу основного плана работ заповедника «Инвентаризация основных компонентов природных комплексов» планируется сбор материала по индивидуальной теме: «Изучение фауны насекомых и паукообразных и мониторинг населения на примере трех избранных групп: цикадовые(cicadodea), жужелицы (carabidae) и пауки (aranea)».

Силами сторонних научно-исследовательских организаций в заповеднике проводятся:

• ботанические инвентаризационные исследования высших сосудистых растений, грибов и лишайников (лаборатория ботаники ИБПС ДВО РАН)
• учеты морских колониальных птиц (лаборатория орнитологии ИБПС ДВО РАН)
• учет мышевидных грызунов (лаборатория экологии млекопитающих ИБПС ДВО РАН)
• учет сивучей и мечение щенков на лежбище Ямских островов (КФ ТИГ ДВО РАН)
• биомониторинг популяций тихоокеанских лососей в водоемах заповедника «Магаданский» (МагаданНИРО)