LNB veic zinātniskās pētniecības darbu bibliotēkzinātnē, bibliogrāfijā un grāmatzinātnē, un laika gaitā ir īstenojusi virkni nacionālas nozīmes pētniecības projektu. Līdztekus minētajām nozarēm LNB uzsākta pētniecība inovatīvās un starpdisciplinārās jomās, kas īpaši nozīmīgas, īstenojot Latvijas Nacionālās digitālās bibliotēkas (LNDB) projektu un atbalstot bibliotēkas pārveidi par multimediālu un visai sabiedrībai vitāli nozīmīgu informācijas krātuvi.

LNB sadarbības partneri ir vadošās nacionālās bibliotēkas pasaulē, tostarp — Nīderlandes Nacionālā bibliotēka, Britu bibliotēka, Zviedrijas, Čehijas, Horvātijas, Dānijas un citas nacionālās bibliotēkas, kuras ir ne tikai nacionālas nozīmes grāmatu krātuves, bet vienlaicīgi arī grāmatzinātnes, bibliotēkzinātnes, kā arī lietotājam draudzīgu inovatīvu IT pakalpojumu izstrādes un attīstības pētniecības centri. LNB sadarbojas ne tikai ar citu bibliotēku pētniecības un attīstības nodaļām, bet arī ar vadošajām Eiropas universitātēm un pētniecības centriem pasaulē. Sadarbības partneri ir datorzinātņu, grāmatzinātņu, psiholoģijas, ontoloģijas, kognitīvo zinātņu un citu jomu speciālisti, kas orientēti uz ilglaicīgu un pēctecīgu sadarbību pētniecības jomā grāmatzinātnē, sociālajās zinātnēs un IT.

2007.gadā LNB ieguvusi oficiālu zinātniskās institūcijas statusu. 2008.gadā darbu sākusi LNB Zinātniskā padome. Tā ir koleģiāla bibliotēkzinātnes un radniecīgo nozaru speciālistu un ekspertu padomdevēja un konsultatīva institūcija, kuras galvenais mērķis ir iesaistīties LNB stratēģisko koncepciju un galveno darba virzienu izstrādē. Padomes locekļi ir LNB speciālisti, Latvijas un starptautiskie nozaru eksperti.