Научно-исследовательская работа — одно из ведущих направлений деятельности музея, связанное с накоплением, обработкой и введением в научный и общекультурный оборот наследия Чайковского. Результаты научно-исследовательской работы находят отражение в разных музейных формах, к важнейшим из которых относятся экспозиции и выставки, научные конференции, публикация каталогов коллекций, путеводителей по экспозициям и выставкам, научных трудов.

Первым капитальным научным трудом была 3-х томная биография композитора, написанная его братом Модестом Ильичом, основателем музея.

• Модестъ Чайковскiй. Жизнь Петра Ильича Чайковскаго / По документамъ, хранящимся въ Архивъ имени покойнаго композитора въ Клину. Въ трехъ томахъ. – М., Лейпцигъ: Издательство П. Юргенсона, 1902.
• Дневники П.И. Чайковского. 1873-1891 / Подготовлены к печати Ип. И. Чайковским. Предисловие С. Чемоданова. Примечания Н.Т. Жегина. — Москва, Петроград: Государственное издательство Музыкальный сектор, 1923.

В 30-е гг. Музей приступает к изданию эпистолярного наследия П.И. Чайковского:

• Чайковский П.И. Переписка с Н.Ф. фон-Мекк. – В 3-х томах. 1879-1890 / Редакция и примечания В.А. Жданова и Н.Т. Жегина. Труды Дома-музея П.И. Чайковского. — Москва, Ленинград: Academia, 1934- 1936.
• Чайковский П.И. Переписка с П.И. Юргенсоном. П.И. Переписка. В 2-х томах. — 1877 — 1893 / Редакция писем и комментарии В.А. Жданова и Н.Т. Жегина. — Москва: Музгиз, 1938.

Накануне 100-летия со дня рождения П.И. Чайковского, которое отмечалось в 1940 г., накопленные знания приводятся в полноценную систему, которая послужила отправной точкой для публикации документов, связанных с жизнью и творчеством Чайковского.

С 1953 года Государственное музыкальное издательство начинает издание Полного собрания сочинений П.И. Чайковского. Этот большой проект объединил крупных музыковедов, композиторов, исследователей, ведущих научных сотрудников Дома-Музея П.И. Чайковского.

Данное издание является первым академическим Полным собранием сочинений П.И. Чайковского.

• Полное собрание сочинений. В 63-х томах. Москва: Музгиз, 1953–1990 гг.

В 1958 г. выходит в свет справочник «Музыкальное наследие Чайковского. Из истории его произведений». – Москва: Издательство Академии наук СССР, 1958.

На протяжении истории музея неоднократно издаются и переиздаются путеводители по мемориальному дому Чайковского:

• Государственный Дом-музей П.И. Чайковского в Клину. Путеводитель. — Москва: Издательство «Музыка», 1966.
• К. Давыдова. Чайковский в Клину. Майданово. Фроловское. Клин. — Москва: «Советская Россия», 1976.
• Дом-музей П.И. Чайковского в Клину. Путеводитель. — справочник по мемориальной экспозиции. М.: «Мир культуры», 1992.
• Дом П.И. Чайковского. Путеводитель-справочник по мемориальной экспозиции / Государственный мемориальный музыкальный музей-заповедник П.И. Чайковского. Автор текста и составитель Г.И. Белонович. — Москва: Издательство «ТЕАТРАЛИС», 2019.

Среди Трудов Государственного мемориального музыкального музея-заповедника П.И. Чайковского последних лет:

• Чайковский П. Симфония № 6 си минор «Патетическая». Ор. 74 (ЧС 27). Эскизы. Факсимиле / Научный редактор и автор комментариев П.Е. Вайдман. – Москва: Производство «Центр-сувенир», 2005.
• Эпизоды для вечности. Фотографии П.И. Чайковского / Автор-составитель Г.И. Белонович. — Москва: Центр Престижной Рекламы «Деловая Лига», 2005.
• Белонович Г.И. Приношение. Произведения ювелирного искусства в личном собрании П.И. Чайковского. Москва: 2014.
• Государственный Дом-музей П.И. Чайковского / Государственный Дом-музей П.И. Чайковского; Автор текста и составитель Г.И. Белонович. — Москва: Мелихово, 2012.

Подготовлены и изданы Переписки Чайковского:

• П.И. Чайковский, Н.Ф. фон Мекк. Переписка. В 5-и томах. 1876-1890 / Составление, научно-текстологическая редакция, комментарии П.Е. Вайдман. Государственный Дом-музей П.И. Чайковского. — Челябинск: MPI, 2010.
  
  Эта переписка – значительная часть эпистолярного наследия композитора. В 5-ти томах настоящего издания публикуются в полном виде, без купюр, более 1200 писем, 20 из них ранее не публиковались. В издание включены значительные по объему сопутствующие материалы из разных архивов, их частного собрания семьи фон Мекк. Вышло в свет 3 тома Переписки.
• Чайковский П.И., Юргенсон П.И. Переписка. В 2-х томах. 1886 — 1893 / Составление и научная редакция П.Е. Вайдман. — Москва: П. Юргенсон, 2013.
  
  Научными трудами музея последних лет являются и выпуски альманаха «П.И. Чайковский. Забытое и новое» /Составители Г.И. Белонович, П.Е. Вайдман. – Выпуски 1-4.
• Неизвестный Чайковский / Научный редактор и составитель П. Вайдман. – Москва: Издательство «П. Юргенсон», 2009.
• Тематико-библиографический указатель сочинений П.И. Чайковского. Thematic and Bibliographical Cataloque jf P.I. Čajkovskij’s Works / Редакторы-составители: Полина Вайдман, Людмила Корабельникова, Валентина Рубцова. — Москва: Издательство «Музыка», 2006.
• Это первое в российском музыкознании издание научно-справочного характера, которое дает максимально полную картину музыкального и литературного наследия Чайковского в сочетании с подробным описанием источников текстов всех его сочинений, а также документов, раскрывающих историю их создания, первого исполнения, издания. В указатель вошли все сочинения Чайковского разных жанров. В издание включены все транскрипции, переложения и редакции, несохранившиеся и незавершенные сочинения, а также литературное наследие композитора – учебники, статьи, рецензии, заметки, переводы и т.д.

С 2013 года в стенах музея в содружестве с Государственным институтом искусствознания идет работа над Академическим полным собранием сочинений П.И. Чайковского. Планируется издать 120 томов. Это свыше 450 музыкальных сочинений, 150 литературных, более 5000 сохранившихся писем композитора. Руководитель проекта – П.Е. Вайдман (до 2016 г.), в настоящее время – А.Г. Айнбиндер.

Ниже приведены названия изданных на сегодняшний день томов:

• Чайковский П.И. Академическое полное собрание сочинений. Серия III. Концерты и концертные пьесы. Т.1. Концерт № 1 для фортепиано с оркестром си-бемоль минор: Партитура. Соч. 23 (ЧС 53): Первая редакция 1875/ Государственный институт искусствознания; Государственный мемориальный музыкальный музей-заповедник П.И. Чайковского. — Челябинск, 2015 г.
• Чайковский П.И. Академическое полное собрание сочинений. Серия III. Концерты и концертные пьесы. Т.2. Концерт № 1 для фортепиано с оркестром си-бемоль минор: Переложение автора для двух фортепиано: Соч. 23 (ЧС 53): Первая редакция 1875/ Государственный институт искусствознания; Государственный мемориальный музыкальный музей-заповедник П.И. Чайковского. — Челябинск, 2015 г.
• Чайковский П.И. Академическое полное собрание сочинений. Серия V. Духовные сочинения. Т.1. Литургия Святого Иоанна Златоустого: для четырехголосного смешанного хора: соч. 41 (ЧС 77): 1878. Партитура с переложением для фортепиано. — Государственный институт искусствознания; Государственный мемориальный музыкальный музей-заповедник П.И. Чайковского; научный редактор Митрополит Иларион (Алфеев); [Предисловие П.Е. Вайдман]. – Челябинск: MPI, 2016.
• Чайковский П.И. Академическое полное собрание сочинений. Серия I. Сценические произведения. Оперы. Т.3. Ундина: опера в 3 действиях: (ЧС 2): реконструкция сохранившихся фрагментов; научный редактор А.Е. Максимова; либретто В.А. Сологуба по книге «Ундина. Старинная повесть, рассказанная на немецком языке в прозе бароном Ф. Ламотт Фуке, на русском в стихах В.А. Жуковским». — Государственный институт искусствознания; Государственный мемориальный музыкальный музей-заповедник П.И. Чайковского; Государственный академический Мариинский театр — Партитура и переложение для пения с фортепьяно. — Челябинск: MPI, 2016.
• Чайковский П.И. Академическое полное собрание сочинений. Серия III. Концерты и концертные пьесы. Том 5. Концерт для скрипки с оркестром. Ре-мажор: Партитура. 1878. Соч. 35 (ЧС 54) / Государственный институт искусствознания; Государственный мемориальный музыкальный музей-заповедник П.И. Чайковского. Научные редакторы: П.Е. Вайдман, А.Г. Айнбиндер. — Челябинск: MPI, 2019.
• Чайковский П.И. Академическое полное собрание сочинений. Серия IV. Кантаты и хоровые произведения с оркестром и а cappella. Т.1. Музыка к гимну «К радости» Ф. Шиллера: для солистов, смешанного хора и оркестра: (ЧС 62): 1865. — Научный редактор Т.З. Сквирская. — Партитура. — Государственный институт искусствознания; Государственный мемориальный музыкальный музей-заповедник П.И. Чайковского; при участии Санкт-Петербургской государственной консерватории им. Н.А. Римского-Корсакова. — Челябинск: MPI, 2016.