基础研究
NCBI拥有一个由计算机科学家、分子生物学家、数学家、生物化学家、研究医生和结构生物学家组成的多学科研究小组，专注于计算分子生物学的基础和应用研究。这些研究人员不仅对基础科学做出了重要贡献，而且是应用研究活动新方法的源泉。他们一起使用数学和计算方法在分子水平上研究基本的生物医学问题。这些问题包括基因组织、序列分析和结构预测。当前研究项目的抽样包括：检测和分析基因组织、重复序列模式、蛋白质域和结构元素、创建人类基因组的基因图、艾滋病毒感染动力学的数学模型、数据库搜索中测序错误的影响分析、，开发新的数据库搜索和多序列比对算法，构建非冗余序列数据库，估计序列相似性统计意义的数学模型，以及文本检索的向量模型。此外，NCBI研究人员与美国国立卫生研究院内的几个研究所以及许多学术和政府研究实验室保持着持续的合作。
数据库和软件
NCBI于1992年10月负责GenBank DNA序列数据库。经过分子生物学高级培训的NCBI工作人员根据各个实验室提交的序列，并通过与国际核苷酸序列数据库、欧洲分子生物学实验室（EMBL）和日本DNA数据库（DDBJ）的数据交换，建立数据库。与美国专利和商标局的协议允许纳入专利序列数据。
除了GenBank之外，NCBI还为医学和科学界支持和分发各种数据库。其中包括与国家癌症研究所合作的在线人类孟德尔遗传（OMIM）、3D蛋白质结构的分子建模数据库（MMDB）、人类基因组的基因图、分类浏览器和癌症基因组解剖项目（CGAP）。
Entrez是NCBI的搜索和检索系统，为用户提供对序列、映射、分类和结构数据的集成访问。Entrez还提供序列和染色体图的图形视图。Entrez的一个强大而独特的功能是检索相关序列、结构和引用的能力。期刊文献可通过PubMed获得，PubMed是一个网络搜索界面，可在MEDLINE中访问1100多万份期刊引文，并包含参与出版商网站上全文文章的链接。
BLAST是NCBI开发的序列相似性搜索程序，有助于识别基因和遗传特征。BLAST可以在15秒内对整个DNA数据库执行序列搜索。NCBI提供的其他软件工具包括：开放阅读框架查找器（ORF Finder）、电子PCR和序列提交工具Sequin和BankIt。NCBI的所有数据库和软件工具都可以从WWW或通过FTP获得。NCBI还拥有电子邮件服务器，提供了访问数据库进行文本搜索或序列相似性搜索的替代方法。
延伸及教育
NCBI通过举办会议、研讨会和系列讲座，促进计算机领域的科学交流，如应用于分子生物学和遗传学。建立了一个科学访问者计划，以促进与校外科学家的合作。博士后研究员职位是NIH校内研究项目的一部分。
