Sykehuset har etablert to forskningssentre – Somatisk forskningssenter og Psykiatrisk forskningssenter. Somatisk forskningssenter er bygget opp rundt immunologisk forskningslaboratorium, hvor det både drives basalforskning og klinisk forskning i samarbeid med sykehusets øvrige avdelinger.

Psykiatrisk forskningssenter er organisatorisk knyttet til Nordnorsk Psykiatrisk Forskningssenter (NNPF) med kontorer i Tromsø og Bodø.

En del av forskningen i sykehuset skjer på avdelingsnivå uavhengig av disse enhetene. For å stimulere noe av denne forskningsaktiviteten har sykehuset opprettet tre lokale forskningsfond, hhv Somatisk-, Psykiatrisk og Helsefaglig forskningsfond.

Det meste av forskningen finansieres imidlertid eksternt med midler fra Helse Nord, Forskningsrådet og andre. For tiden har 17 ansatte ved sykehuset dr.grad og 12 andre er underveis.

Nordlandssykehuset ranger høyt sammenlignet med andre tilsvarende helseforetak med hensyn til publikasjonsomfang.

13 ansatte ved sykehuset har bistillinger som professor II og førsteamanuensis II ved akademiske institusjoner, spesielt ved Universitet i Tromsø. Mye av forskningen skjer i samarbeid med andre behandlings- og forskningsinstitusjoner nasjonalt og internasjonalt.
 
De to forskningssentrene er organisert under Fagavdelingen. Med utspring her arrangeres det jevnlige forskningskurs, blant annet i statistikk, innføring i forskningsmetoder og lignende.