Voordat men begint aan een restauratie wordt er onderzoek gedaan naar inschilderingen, vernislagen, ondergrond etc.
Vezelonderzoek wordt bijvoorbeeld gebruikt om vast te stellen op welk materiaal geschilderd is. Het is voor een restaurator belangrijk om te weten of er op linnen, katoen, jute, zijde etc. is geschilderd. In het geval van een paneel is het ook belangrijk om te weten welk soort hout gebruikt is. Onderzoek naar de samenstelling van de grondlaag kan ook zeer bepalend zijn voor de restauratie. Een watergevoelige grond zoals dierlijke lijm, een caseïnegrond of een acrylondergrond behoeve een totaal andere benadering. Ook onderzoek naar inschilderingen, de gebruikte vernislagen, bindmiddel van de verf en de gebruikte pigmenten kan alles bepalend zijn voor de overwegingen van de restaurator tijdens het uitvoeren van de restauratie. Deze onderzoeken kunnen soms ook een duidelijk beeld geven van de leeftijd van een schilderij. Zie onderzoek naar authenticiteit.
Onderzoek naar de gebruikte materialen kan soms zeer verhelderend zijn in de bepaling of een schilderij authentiek is.
Zo kan bijvoorbeeld met dendrochronologie gezien worden hoe oud een eiken paneel is. Uiteraard kan een paneel van een boom gekapt in de 18e eeuw nooit gebruikt zijn door een schilder in de 16e eeuw. Ook kan een pigment dat pas in de 18e eeuw ontdekt is nooit gebruikt zijn in een periode daarvoor. Dit soort onderzoeken kunnen belangrijke bijdragen leveren aan een onderzoek naar de authenticiteit van een schilderij, zij zijn echter nooit bepalend.
Er is een grote hoeveelheid mogelijkheden op het gebied van wetenschappelijk onderzoek.
Onderzoek met doorvallend licht
Onderzoek bij strijklicht
Onderzoek met UV licht
Onderzoek met infrarood fotografie
Onderzoek met infraroodreflectografie
Onderzoek met röntgenfotografie
Dendrochronologie
Optische emissie spectrometrie en ICP (inductively coupled plasma)
Optische massa spectrometrie
Optische hydridegeneratie
Rontgenfluorescentie-analyse
XRD (X – Ray Diffraction Analysis)
Elektronenmicroscopie
Infraroodspectrometrie
Chromatografie
Gaschromatografie