Ғылыми іссапарлар мен экспедициялық ізденістер музейдің ғылыми-зерттеу жұмысының негізгі бағыттарының бірі болып табылады. Экспедиция музей қорын толықтырудың бірден-бір көзі және музей қызметкерлерінің біліктілігін арттырудың оңтайлы жолы бола отырып, ол музейдің ғылыми-зерттеу, мәдени-білім жұмысын тиімді ұйымдастырудың дереккөзі де болып саналады.
ҚР ҰОМ Оңтүстік Қазақстан археологиялық экспедициясының Күлтөбе және Қаратау отрядтары 2011-2013 жж. № 0158127 (11.07.2011ж. берілген) лицензия негізінде Оңтүстік Қазақстан облысының Ордабасы және Түркістан аудандарында археологиялық қазба жұмыстарын атқарды.
2014 ж. 14.05.2014 (1 жылға) берілген № 14006603 лицензияға сай Алматы және Оңтүстік Қазақстан облыстарында археологиялық қазба жұмыстары атқарылды. 2011- 2014 жж. Қаратау, кейіннен Ақтерек отрядтары орталық жетекшісі Х.Айтқұлдың басшылығымен қола заманының (б.з.д.X-IX ғғ.) және ежелгі көшпелілер кезеңінің (б.з.д. IV- б.з. IVғғ.) Талдысу-1, Күркіреуік (Оңтүстік Қазақстан) қорымдарында, Алматы облысы Жамбыл ауданындағы қола, ерте темір ғасыларына жататын Ақтерек, Сұлуқоян қоныс-қорымдарында зерттеу-қазба жұмысын атқарды.
Күлтөбе отряды аға ғылыми қызметкер, т.ғ.д. А.Н. Подушкиннің басшылығымен Күлтөбе қалашығы, Қылышжар, Күлтөбе қорымдарында (б.з.д.IV- б.з. IVғғ.) қазба жұмысын жалғастыра отырып, сақ (б.з.д.IV – I ғғ.), сармат, сюнну (хунну) (б.з.д. I – б.з. III ғғ.) мәдениеттеріне жататын кешендерді ашты.
Атқарылған жұмыстар нәтижесінде музей қоры аталмыш мәдениеттер артефактілері: саз балшықтан, қоладан пішінделген зооморфты мүсіншелер, аң стиліндегі жапсырмалармен әсемделген қыш ыдыс түрімен, қоладан, Мысыр фаянсынан пішінделген аспалар, алтын-перузамен безендірілген майда бұйымдар, алтын жалатылған таяқша – билік белгісі, мыс айна, мыс-темір түйреуіштер, қадалар, тіліктер, оқ-жебе, сүйектен, темірден жасалған ат әбзелдері, қару түрлерімен толықты. Археологиялық ізденістің үлкен жетістігі – арыс мәдениеті археологиялық кешенінен табылған палеолингвистикалық дерек – ежелгі иран диалектісінің (соғды ) бірінде арамей эпиграфикасымен қыш-текшелер бетіне түсірілген ежелгі қаңлы жазуының (б.з.д. II ғ. – б.з. III ғ.) фрагменті (жалпы саны 15) музей қорындағы теңдесі жоқ артефакт.
Музей қорын толықтыруға бағытталған жұмыс нәтижесінде 2011-2014 жж. музейдің археологиялық коллекциясына 540 зат қабылданды. Экспедиция материалдары ғылыми конференциялар жинақтарында жарияланды.
Музейде 2005 жылдан бастап «Мәдени мұра» Стратегиялық ұлттық жоба аясында ұйымдастырылған этнографиялық экспедициялар барысында дәстүрлі қазақ мәдениетіне қатысты көптеген ауызша мәліметтер, фотосуреттер жинақталды. Экспедиция еліміздің Алматы, Жамбыл, Оңтүстік Қазақстан, Батыс Қазақстан, Атырау, Маңғыстау, Қызылорда, Ақмола облыстарында, сондай-ақ, шетелде тұратын қазақтар шоғырланған өлкелер – Шыңжаң (ҚХР) мен Баян-Өлгийде (Моңғолия) өткізілді. Ұзын саны 300-ден астам мәлімет берушіден алынған қазақ мәдениетіне қатысты ауызша мәліметтер ғылыми айналымға енгізіліп, музей жұмысына пайдаланылды.
Орындалып келе жатқан ғылыми-қолданбалы жобалар аясында Ресейдің Мәскеу, Санкт-Петербор қалаларына бірнеше іссапар ұйымдастырылды. Бұл іссапарлар барысында осы қалаларда орналасқан музейлер, кітапханалар мен архивтерде жұмыс атқарылып, қазақ тарихы мен мәдениетіне қатысты құнды материалдар, фотодеректердің көшірмелері алынып, олар ҚР ҰОМ-ның ғылыми кітапханасына тапсырылып, музейде орындалған түрлі ғылыми еңбектерге қамтылып, ғылыми айналымға енгізілді (ол жөнінде қараңыз: «Ғылыми-қор қызметі» деп аталатын төртінші бөлімнің «Ғылыми қызметті ұйымдастыру» тарауының «Ғылыми-қолданбалы жобалар» бөлімін).
