На современном   инновационном этапе  определяющее значение имеет научная деятельность музея. Изучаются и исследуются материалы по истории нашего края из  других научных учреждений  и научных обществ нашей страны. Среди них Государственный Исторический Музей в Москве (ГИМ), Государственный архив Свердловской области (ГАСО), Центр документации общественных организаций Свердловской области, Институт истории и археологии Уральского  отделения Российской Академии Наук  (УрО РАН). А также опирается на исследования  уральских и верхнепышминских краеведов и ученых - археологов.

С успехом музей проводит научно-практические конференции и семинары.

На протяжении всей истории музея ведется  сотрудничество со Свердловским областным краеведческим музеем. Лучшие специалисты реставрационной мастерской  выполняют  значительные объемы  по реставрации музейных предметов для дальнейшего экспонирования  в  Верхнепышминском историческом  музее. Научно-методический отдел Свердловского областного краеведческого музея на протяжении многих лет  оказывал методическую помощь сотрудникам  городского музея. А в свою очередь городской музей сам стал методическим центром для музеев города.

Научная работа ведется и вне стен музея. За последние годы сотрудники музея  совершили ряд  выездных научных экспедиций:  в Гурьевские ямы, Ельничный исток, Медяковскую хрустальную  шахту и другие. В  ходе  экспедиций  были получены образцы минералов  и горных пород  не только городского округа Верхняя Пышма,  но  и  сопредельных территорий, а так же составлены новые туристические маршруты.