Перед ботаническим садом с первых дней организации была поставлена задача народнохозяйственного и научного значения: интродукция и акклиматизация местных и инорайонных видов растений, испытание, выявление и размножение наиболее ценных из них и распространение в сельском хозяйстве области, а также пропаганда ботанических знаний и достижений биологической науки.

Из сохранившихся архивных записок в дневнике П.А. Ермакова удалось узнать о времени становления сада: «Работать приходилось в первое время ощупью, так как никаких научно-опытных данных о растениеводстве не только в Риддере, но во всем горнорудном Алтае не было. На Риддерский район смотрели как на Заполярье».

Но неукротимая энергия, неистощимый энтузиазм и бескорыстный труд П.А. Ермакова и его помощников принесли результаты. Побывавший летом 1936 года в Риддере академик Б.А. Келлер писал: «Алтайский ботанический сад в Риддере непременно будет иметь крупное значение».

Из архивной объяснительной записки П.А. Ермакова к плану научно-исследовательских работ Алтайского ботанического сада (далее АБС) в 1937 году, удалось выяснить основные направления научных исследований. Изучены сорняки Риддерского района с целью улучшения существующих пастбищных угодий, отобраны кормовые злаки в природе для повышения урожайности сенокосов, начато испытание сортов плодово-ягодных культур, таких как малина, земляника, яблоня, а также овощей. Для проведения озеленения г. Риддер и других населенных пунктов региона испытывались цветочные растения на устойчивость к условиям горного климата. Как отдельная проблема, выставлена культурно-просветительская работа и пропаганда ботанических знаний по выполняемым направлениям деятельности сада. Публикуются статьи и инструкции по вопросам садоводства, озеленения и ботаники. Проводятся беседы, лекции, научные экскурсии в горы для сбора гербария и семян у изучаемых объектов растений.

В  отчетах о научной работе за 1938-1940 гг. сказано, что основное направление работ сада – это акклиматизация растений. Согласно тематического плана научная работа выполнялась по 2 разделам: выявление и размножение древесно-кустарниковых пород; первичная экспериментальная работа с плодово-ягодными растениями.

В программу работ АБС на 1941 год (по материалам, хранящимся в архиве г. Риддер) включены следующие темы: «Введение в культуру Алтая новых древесно-кустарниковых пород, распространение их в сельском хозяйстве, а также в озеленении города»; «Первичная акклиматизационная работа с плодово-ягодными растениями. Выявление культурных сортов для плодово-ягодного садоводства Алтайских районов»; «Изучение Алтайской растительности и интродукция ее на Алтае и в другие районы СССР»; «Введение в культуру Алтая декоративных растений».

В справке, составленной младшим научным сотрудником Д.Н. Гаиповой «Об основных итогах работ по интродукции древесно-кустарниковых, цветочно-декоративных, полезных травянистых растений, плодово-ягодных и овощных культур Алтайского ботанического сада», написано, что трудно судить о результатах интродукции за период 1941-1945 гг., так как отчеты не сохранились. Отсюда нет нужных сведений, у многих растений нет точных названий, неизвестно их происхождение, нет регистрационных журналов. Только в 1946 г. написан краткий отчет, указывающий, что в коллекции дендрария насчитывается 48 видов древесно-кустарниковых пород, из которых 14 видов местные породы.

В архиве г. Риддер хранятся отчеты за 1947-1950 гг., в которых освещены научные результаты работ АБС по следующим темам «Видо-сортоизучение интродуцированных местных и диких плодово-ягодных культур, древесных и травянистых декоративных культур и выделение наиболее перспективных из них»; «Сортоиспытание овощных, картофеля, зерновых и кормовых культур, выделение наиболее перспективных сортов»;   « Изучение болезней культурных и диких полезных растений и выработка мер борьбы с ними».

В 1951-1954 гг. АБС научные исследования проводились по 3 проблемным направлениям, определенным Казахской академией наук. Проблема 1 – «Освоение растительных ресурсов Алтая», для решения которой разрабатывались тематические задания «Изучение дикорастущих технических, пищевых, лекарственных, медоносных, кормовых и других растений», «Подбор и испытание овощных и зерновых сельскохозяйственных культур и разработка приемов их агротехники». Проблема 2 – «Создание плодово-ягодной базы в условиях лесной зоны Алтая», по которой научные исследования проводились по теме «Испытание, видо-сортоизучение плодовых, ягодных растений и разработка способов их культуры в условиях высокогорного Лениногорского района». Проблема 3 – «Озеленение городов Рудного Алтая». Для решения последнего направления выполнялась тематика «Интродукция, агробиологическое изучение и производственное испытание древесно-кустарниковых пород и цветочно-декоративных растений в условиях Рудного Алтая».

В 1955-1960 гг. научная работа в АБС проводилась по программам: «Изучение полезных травянистых растений природной флоры», «Интродукция, агробиологическое изучение и производственное испытание цветочно-декоративных растений в условиях Рудного Алтая», «Интродукция, акклиматизация и разработка способов выращивания древесно-кустарниковых пород в условиях Рудного Алтая», «Интродукция и селекция плодово-ягодных культур на Рудном Алтае».

Начиная с 1961 года по 1990 год включительно, научно-исследовательские работы в АБС проводились согласно сводных планов, координируемых Академией наук Казахской ССР по биологическим наукам.

В 1961-1965 гг. разрабатывалась тема «Биологические особенности растений, интродуцируемых для озеленения населенных пунктов Казахстана». Полученные результаты научных исследований изложены в следующих разделах: «Интродукция, акклиматизация и испытание цветочно-декоративных растений в условиях Рудного Алтая», «Интродукция древесно-кустарниковых пород и создание экспозиций растительных зон», «Изучение дикой флоры Алтая».

В 1966-1970 гг. согласно планам, утвержденным постановлением Президиума Академии наук Казахской ССР, исследования в ботанических садах Казахстана проводились по направлению «Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов». По этой проблеме в АБС проведены следующие исследования «Выявление и изучение хозяйственно-ценных растений флоры Алтая для целей интродукции», «Изучение биологии, разработки приемов культуры и селекции декоративных цветочных растений на Рудном Алтае», ««Интродукция древесных и кустарниковых пород в условиях Рудного Алтая», «Интродукция и отбор плодово-ягодных культур в условиях Рудного Алтая».

В 1971-1975 гг. научные исследования в ботанических садах Казахстана проводятся по направлению: «Интродукция и акклиматизация растений», в которой разрабатывались темы «Выявление и изучение хозяйственно-ценных растений флоры Алтая для целей интродукции», «Изучение биологии и способов культуры цветочных растений на Рудном Алтае», «Интродукция древесных и кустарниковых пород в условиях Рудного Алтая», «Интродукция и отбор плодово-ягодных растений в условиях Рудного Алтая».

В 1976-1980 гг. основными научными тематиками стали: «Интродукция перспективных полезных растений природной флоры Восточного Казахстана», «Изучение биологии и способов культуры цветочных растений на Рудном Алтае», «Интродукция плодово-ягодных растений в Алтайском ботаническом саду», «Интродукция и селекция деревьев и кустарников в условиях Рудного Алтая», «Эколого-физиологические основы роста и устойчивости интродуцируемых растений», «Вредители и болезни интродуцируемых растений».

В 1981-1985 гг. научные исследования проводились по темам: «Изучение внутривидовой изменчивости и испытание в культуре перспективных для интродукции полезных растений Казахстана», «Эколого-биологическое и селекционное изучение декоративных растений при их интродукции в Казахстан», «Интродукция пищевых и лекарственно-технических растений», «Интродукция и акклиматизация инорайонных деревьев и кустарников», «Физиология роста и устойчивости интродуцируемых растений», «Вредные организмы интродуцированных растений Казахстана и разработка мер борьбы с ними».

С 1986 по 1990 гг. Алтайский ботанический сад проводит научно-исследовательскую работу по следующим направлениям: «Изучение закономерностей формирования почвенного и растительного покрова при естественном зарастании техногенных комплексов и разработать критерии их оптимизации»; «Сравнительная интродукционная оценка инорайонных сортов плодовых и ягодных культур в Восточном Казахстане»; «Интродукция перспективных, редких и эндемичных растений природной флоры Восточного Казахстана»; «Интродукция древесных растений в Казахстан»; «Разработка научных основ интродукции декоративных цветочных растений в Казахстане»; «Физиолого-биохимические аспекты газоустойчивости, металлаккумулирующей способности интродуцируемых растений»; «Основные вредители и болезни интродуцентов и разработка мер борьбы».

Начиная с 1991 по 1996 гг. включительно, научные исследования садом выполнялись в рамках междисциплинарной программы «Биосферные и экологические исследования в Казахстане» по следующим темам: «Интродукция перспективных растений в Восточном Казахстане», «Интродукция редких и эндемичных растений Восточного Казахстана», «Эколого-биологические основы интродукции плодовых и ягодных растений в Восточном Казахстане», «Подбор ассортимента древесно-кустарниковых пород для озеленения промышленных зон Восточного Казахстана».

В 1997–2011 гг. по заданию Академии Наук, а затем Министерства образования и науки Республики Казахстан разрабатывались программы фундаментальных исследований «Флора и растительный покров Казахстана, научные основы интродукции растений» (1997-1999 гг.), «Комплексный анализ растительного мира Казахстана» (2000-2002 гг.), «Флора и растительный покров горных систем Казахстана, обогащение и сохранение генофонда растений в ботанических садах» (2003-2005 гг.), «Ботаническое разнообразие Казахстана: научные основы управления для сбалансированного использования, обогащения генофонда, охраны in-situ и ex-situ, создание технологий введения в культуру и размножения растений» (2006-2008гг.), «Закономерности функционирования биологических систем – основа создания инновационных технологий для медицины, сельского хозяйства и окружающей среды» (2009-2011 гг). В рамках этих программ АБС научные исследования проводились по следующим направлениям «Интродукция и акклиматизация растений в Восточном Казахстане» (1997-2005 гг.), «Интродукция и реинтродукция растений в Восточном Казахстане» (2006-2008 гг.), «Интродукция и реинтродукция растений как способ сохранения ботанического разнообразия in-situ и ex-situ, рационального использования генофонда растений мировой и отечественной флоры в Восточном Казахстане».

Кроме научных работы по программам фундаментальных исследований, сотрудники сада участвовали в выполнении задании научно-технических программ «Обеспечение промышленного размножения особо ценных внутривидовых форм древесных растений Казахстана для лесовосстановления, лесоразведения, зеленого строительства и включения в селекционный процесс» (2005-2006 гг.), «Пополнение, изучение и поддержание коллекций растений, животных, микроорганизмов и уникальных генетических банков для сохранения биоразнообразия Казахстана на (2008-2010 гг.), «Научно-методическое обеспечение создания Кадастров биологических ресурсов Республики Казахстан» (2010-2012 гг.). В рамках научно-технических программ сотрудники АБС проводили исследования по темам «Размножение голубой формы ели сибирской» (2005-2006 гг.), «Пополнение, изучение и сохранение коллекционных фондов ex-situ растений отечественной и мировой флоры в Алтайском ботаническом саду» (2008-2010гг.); «Разработка единой научно-методической базы для составления Кадастра растений: сбор, обобщение и анализ информации по ботаническому разнообразию Восточного Казахстана. Подготовка электронной базы данных по ботаническому разнообразию Восточного Казахстана» (2010-2012 гг.). 

В течение 2012-2014 гг. сотрудниками сада успешно выполнены грантовые исследования по бюджетной программе:  «Научная и/или научно-техническая деятельность», подпрограмме «Грантовое финансирование научных исследований», приоритетам: интеллектуальный потенциал страны и науки о жизни, по проектам: «Обеспечение сохранения и развития живых коллекционных фондов растений Алтайского ботанического сада»; «Изучение флоры Бухтарминских гор Восточного Казахстана для сохранения ботанического разнообразия и использования перспективных полезных растений в народном хозяйстве», «Интродукция растений как научная основа обогащения и сохранения генофонда растений Казахстана ex-situ, оптимизация инновационных технологий по размножению, выращиванию и садово-парковому строительству Восточного Казахстана», «Изучение эколого-биологических особенностей нетрадиционных плодовых и ягодных культур в Восточно-Казахстанской области». 

Сотрудниками Алтайского ботанического сада под руководством ведущего научного сотрудника Ю.А. Котухова выполнены научно-исследовательские работы прикладного характера, заказчиком которых выступали Восточно-Казахстанское областное управление экологии и биоресурсов (г. Усть-Каменогорск) и городское управление экологии и биоресурсов (г. Риддер): «Региональный кадастр. Южный Алтай» (1990г.); «Региональный кадастр. Западный Алтай» (1991г.); «Эколого-биологические особенности редких и исчезающих растений и их реинтродукция в Восточном Казахстане» (1991 г.); «Изучение накопления тяжелых металлов на полях совхоза «Лениногорский» (1991 г.); «Эколого-биологические особенности орхидей Восточного Казахстана и их интродукция» (1992 г); «Региональный кадастр. Калбинский Алтай» (1992г.); «Региональный кадастр. Сауро-Манрак, Зайсанская и Чиликтинская впадины» (1993); «Редкие и исчезающие растения Лениногорского района» (1994 г.); «Изучение эколого-биологических особенностей и запасов черемши и пиона уклоняющегося» (1996 г.); «Современное состояние зарослей и сырьевых ресурсов лекарственных растений на территории Лениногорского района. Раздел: ревень алтайский» (1997 г.); «Редкие и исчезающие растения Восточного Казахстана на территории Лениногорского района. Раздел: копеечник чаевой» (1999 г.); «Редкие и исчезающие растения Восточного Казахстана на территории Лениногорского района. Раздел: родиола холодная и лук низкий» (2000); «Ареалы редких, исчезающих и эндемичных и реликтовых растений Западного Алтая» (2002); «Изучение в природе и культуре двух видов растений: володушки трехлучевой и пиретрума Крыловского» (2003 г); «Картирование 45 видов краснокнижных растений Казахстанского Алтая, Сауро-Манрака, Зайсанской котловины» (2004); «Инвентаризация краснокнижных, редких и исчезающих растений на площадях, прилегающих к территории Западно-Алтайского заповедник» (2006 г.).