L'ICCROM s'est engagé activement dans des activités de recherche depuis sa création, à la fois en promouvant ou en coordonnant la recherche dans différents domaines et, plus directement, en impliquant son propre personnel ou encore des spécialistes externes des institutions partenaires. Au cours des premières décennies qui ont suivi sa fondation, ces initiatives ont généralement été entreprises en collaboration avec les comités de conservation spécialisés du Conseil international des musées (ICOM) et avec l'Institut international pour la conservation des œuvres historiques et artistiques (IIC) et le Conseil international des monuments et des sites (ICOMOS), ou avec les instituts nationaux de conservation concernés tels que l'Istituto Superiore per la Conservazione ed il Restauro (ISCR) et l'Institut royal du patrimoine culturel (KIK-IRPA). Les principaux sujets d'étude ont été le contrôle de l'humidité dans les bâtiments historiques (en particulier lors des campagnes de sauvetage à Florence et à Venise), la conservation de la pierre, la conservation des structures en briques crues en Irak, les peintures murales et la sculpture polychrome. Un autre grand projet de recherche a contribué à la campagne de l'UNESCO pour les monuments nubiens. En outre, l'ICCROM a également élaboré des lignes directrices pour une politique nationale en matière de laboratoires de conservation (1981), qui décrivent les types de laboratoires pouvant être utiles à différentes fins de conservation, en définissant le champ d'application du laboratoire, le personnel, les locaux et l'équipement nécessaires. Les recherches visaient à améliorer les méthodes de conservation des matériaux menacés et portaient également sur l'analyse des sels, des enduits, mais aussi des mortiers ou des ciments et des coulis servant à la stabilisation structurelle des anciennes maçonneries et des structures rocheuses.
L'ICCROM a créé son propre laboratoire à la fin des années 1960, installant et exploitant de nouveaux équipements, notamment à des fins de formation, et collectant du matériel pour des expériences didactiques. L'objectif du laboratoire était de soutenir la documentation, de promouvoir la recherche et d'offrir des conseils et des recommandations, notamment en matière de formation et de services d'urgence. Les archives de l'ICCROM conservent des documents extrêmement précieux liés aux analyses scientifiques et aux travaux de recherche effectués par le laboratoire de l'ICCROM, notamment les échantillons de matériaux du patrimoine recueillis et donnés à l'ICCROM par les célèbres conservateurs Paolo Mora et Laura Sbordoni Mora, ainsi que par le chimiste Giorgio Torraca et le conservateur Rodolfo Luján-Lunsford.