Основными сферами исследований Морского музея Эстонии являются морская археология и военно-морское дело. Помимо этого в контексте постоянной экспозиции и временных выставок значительное внимание уделяется навигации, знаменитым морским экспедициям, а также морскому пассажирскому сообщению.
Рабочая группа по морской археологии исследует связанное с морской археологией наследие, находящееся как в эстонских водах, так и на материке, следуя современным принципам своей сферы деятельности и положениям конвенции ЮНЕСКО об охране всемирного культурного и природного наследия. Целью группы является посредством выставок, образовательной деятельности и коммуникации стремление донести до более широкой публики информацию о покоящихся на морском дне находках и сокровищах.
Сфера исследований военно-морского дела достаточно широка, и они сосредоточены преимущественно на обработке и публикации материалов, хранящихся в эстонских и зарубежных архивах, а также на анализе материалов, имеющихся в собственных собраниях Морского музея Эстонии. Одними из последних тем исследований являлись «Военно-морские стратегии Балтийского моря с 1920 по 1940 год» и «Эстонские военно-морские силы в освободительной войне 1918–1920 годов».
Выпускники высших учебных заведений, чья дипломная работа касается истории морского дела в Эстонии, могут получить премию Морского музея Эстонии. Для этого они должны принять участие в конкурсе, который проводится раз в году. Со статутом конкурса можно ознакомиться ЗДЕСЬ. Информацию о сроках текущего конкурса можно получить ЗДЕСЬ.