Dalším důležitým posláním moderních zoologických zahrad je výzkumná činnost. Zoologické zahrady představují výbornou příležitost pro odborný výzkum i pro přípravu studentů na jejich další odbornou kariéru.
Řada studentů se s metodikou pozorování zvířat seznamuje právě v zoologických zahradách, formou praktických kurzů. Výzkumníkům, kteří plánují pracovat v exotických zemích jako je Indonésie, Indie a Madagaskar apod., umožnily zoologické zahrady důkladné seznámení se studovanými druhy ještě před odjezdem do terénu. Řada dalších studentů sbírá v zoologických zahradách data pro své bakalářské, magisterské a diplomové práce. A konečně mnohé zoologické zahrady zaměstnávají i své výzkumné pracovníky, jejichž úlohou je využít potenciál zoo pro vědeckou činnost v maximální možné míře. Ve velké části zoologických zahrad je výzkum realizován převážně jinými institucemi. Avšak díky Zoo Ústí nad Labem se řadí k těm, které provádějí vlastní výzkumné projekty, právě díky tomu, že může zaměstnávat vlastní výzkumné pracovníky a ochranáře.