Paukščių ekologijos laboratorijos mokslininkų pagrindinės tyrimų kryptys: 1) paukščių populiacijų dinamikos, erdvinės struktūros tyrimai ir populiacijų būklės vertinimas; 2) biologinių bruožų bei elgsenos skirtingais metų (migracijos, žiemojimo, reprodukcijos) ir gyvenimo etapais tyrimai, populiacijų funkcionavimo vertinimas; 3) paukščių funkcinio vaidmens ekosistemose nustatymas bei sąveikos su biotiniais ir abiotiniais veiksniais tyrimai, reakcijos į antropogenines veiklas įvertinimas ir prognozavimas; 4) paukščių tarprūšinių sąveikų – konkurencijos, plėšrumo, hibridizacijos – tyrimai; 5) mokslinis paukščių apsaugos ir populiacijų valdymo pagrindimas.
Pagrindinis dėmesys skiriamas perinčių ir žiemojančių vandens paukščių, plėšriųjų paukščių, baltųjų gandrų ir didžiųjų krakšlių tyrimams.
Paukščių tyrimai vykdomi, naudojant tradicinius lauko tyrimų metodus – stebėjimai, apskaitos, lizdų paieška ir tikrinimas, žiedavimas, taip pat telemetriją (palydoviniai, GPS-GSM siųstuvai, daugiasensoriniai registratoriai, geolokatoriai).
Bendradarbiaujant su kitomis laboratorijomis, taip pat vykdomi genetiniai ir parazitologiniai paukščių tyrimai.
