Teadustöö on üks Kirjanduskeskuse olulisemaid baastegevusi.

Tallinna Kirjanduskeskuse teadustöö keskendub valdavalt A. H. Tammsaare ja E. Vilde loomingu uurimisele ja nii teadustööde kui ka autorite endi tekstide publitseerimisele. Toimuvad nii seminarid kui ka konverentsid. Pikema traditsiooniga on A. H. Tammsaare muuseumis toimuvad Sügiskonverentsid, mis said alguse 2005. aastal ning toimuvad igal aastal hilissügisel. Plaanis on laiendada uurimistegevust ka teistele olulistele Tallinnas elanud kirjanikele. Esmane kava on kaardistada kirjanduslik Tallinn isikuloolises plaanis, seejärel keskenduda ilukirjandusele. Uurimustöid publitseeritakse eesti teadusajakirjades Keel ja Kirjandus ja Looming, aeg-ajalt anname välja ka ise uurimuslikke artiklikogumikke.

Ainulaadse ja uurimusliku väärtusega on kahe kirjaniku kogud, mille suuruseks on 19241 nimetust.

Kogud on kantud ka andmebaasi Muis (www.muis.ee)

Kogud koosnevad

  • arhiivikogudest, mis sisaldavad teoste esiktrükke, käsikirju, kirjanikule kuulunud raamatuid, ajakirju, postkaarte, kirju, dokumente, kaasaegsete mälestusi, lähedasi puudutavaid isiklikke dokumente jms. Kogudesse kuuluvad käsikirjad on digiteeritud.
  • fotokogudest, mis sisaldavad kirjanikku, tema lähedasi ja temaatilisi (ajastu, etendused jmt)  fotosid
  • kunstikogu sisaldab kirjaniku portreemaale, teoste originaalillustratsioone, eksliibriseid jmt.
  • ajalooline kogu sisaldab kirjanikule kuulunud isiklikke esemeid: mööbel, tarbe- ja riietusesemed, kirjutusvahendid jne.