Københavns Museums kerneopgave er at indsamle, registrere, bevare, formidle og forske i alle perioder af Københavns historie. Museet stræber efter at skabe nysgerrighed, videbegærlighed og diskussionslyst omkring hovedstaden og ønsker at være et museum for dialogen om Københavns fortid, nutid og storbyens fremtidige udvikling ved, gennem forskning og formidling af hovedstadens kulturarv, at forholde sig til aktuelle problemstillinger. Tyngdepunkterne i Københavns Museums samlinger, viden og formidling har traditionelt været på byens topografiske udvikling, forvaltning og forsyning, borgernes velfærd, sundhed og muligheder for medbestemmelse. I de senere år har museet haft øget fokus på at dokumentere, forske i og indsamle nye aspekter af byens historie og nutid, herunder migration og kulturel mangfoldighed, tidlig urbanisering og udviklingen af urbane identiteter, og privat- og følelsesliv i byen. Københavns Museum har ansvaret for arkæologiske udgravninger i Københavns og Frederiksberg Kommune og bidrager gennem hele sit virke til livslang læring og dannelse. Museet har forskningsforpligtigelse indenfor hele museets ansvarsområde. Målsætninger/fokus på: Københavns Museum ønsker at være førende og toneangivende indenfor forskning i og udvikling af Nyere tids arkæologi. Dette skal blande andet ske ved at udforske den materielle kulturs rolle og værdi i den nære fortid, og i en nutidig og fremtidigt digitalt præget virkelighed. Med udgangspunkt i flere af museets aktuelle og kommende udgravninger og forskningsprojekter, f.eks. de omfattende arkæologiske undersøgelser Hans Tavsens Park (kommende i 2023-2024), Suensonsgade og Papirøen, ønskes der sættes fokus på materialitet, og forholdet mellem byudvikling og udviklingen af urbane levemåder. I det tværfaglige forskningsprojekter Lyden af hovedstaden udforskes københavnske lyduniverser fra middelalder til modernitet og der søges for nærværende om midler til at udvikle et site-og brugersensitiv analyse om monumenters betydning og skiftende roller i bymiljøet. Københavns Museum ønsker med sin forskning at vise, hvordan viden om fortiden kan bidrage i diskussioner om nutidens udfordringer indenfor klima, bæredygtighed, sundhed og demokrati, især i et urbant miljø. Fokus er på værdiskabelse for lokalsamfundet i form af deling eller udvikling med lokale aktører, f.eks. skoleelever i samarbejde med Skoletjenesten og borgere i Citizen science-projekter. Det eksemplificeres i museets pågående projekter gennem det Velux-finansierede Lyden af hovedstaden og det NOVO Nordisk-finansierede Naturvidenskab på det kulturhistoriske museum. Museet søger også finansiering til arkæologisk forskning omkring livsvilkår og urbant miljø i renæssancens København. Gennem samarbejder på tvære af fagligheder og institutioner i indland og udland ønsker museet at skabe et flerstemmigt og inkluderende forskningsmiljø der kan fordre nyskabende og bredt forankrede projekter.
Forskningstemaer Københavns Museum har i den næste femårsperiode (2022-2027) valgt at formulere tre brede temaer for forskningen. Temaerne har til alle tider påvirket udviklingen og livsbetingelserne i byen, og der gives derfor mulighed at udforske det lange tidsperspektiv.