中国东北地区是全球同纬度物种多样性最丰富的区域之一，包括全国八个植被区域中的四个植被区域，因此，中国东北生物物种十分丰富、复杂，在全国占有十分重要的位置。
维管束植物：
建馆初期对东北地区进行了全面的植物调查和标本采集，出版《东北木本植物图志》、《东北草本植物志》12卷、《东北植物检索表》等；90年代后开展植物资源的县域调查和区系研究工作，物种分布细化到东北地区每个县域，为我国植物资源研究做出重要贡献。目前共保藏维管束植物标本33万份，近3100种，包括368个新物种，模式标本415份，标本种类达东北地区已知植物总数的95%，占全国植物种数的10%以上。
苔藓：
苔藓植物标本馆建立于1957年，研究范围涵盖全国34个省区和直辖市（包括港、澳、台）以及国外欧、亚、北美、澳等13个国家。60余年来，收藏有苔藓植物标本（基因库）15万余份，积累资料4千余篇（册），与国外30余个重要的苔藓植物研究机构建立友好的合作研究关系；完成出版了25部专著，近200篇论文；发现中国新记录3科30属531种，建立了2新亚目2新科3新属和115新种；首次发现了藓类植物传孢（粉）器官在长期生态环境过程中形成的主要形式和相应结构，有力地证明苔藓植物起源于绿藻及其内在演化过程，并提出了以科为单位的新演化系统；以苔类雌苞组成结构为基础，提出了世界苔类新修正演化系统。
昆虫：
我馆昆虫方向的特色研究是水生鞘翅目的分类与生物多样性研究。昆虫标本馆主要保存采集自全国各地的水生鞘翅标本、采集自东北三省的林业昆虫标本及植物病虫害标本，标本总量7.3万余号。1993年开始，东北生物标本馆与奥地利维也纳自然历史博物馆合作，用10年时间，对于中国二十余省市、自治区、直辖市的水生鞘翅目昆虫进行了系统的调查研究，出版英文著作《Water Beetles of China》一书三卷，专著中报告1个新科、8个新属、200多个新种，是研究水生昆虫分类的必备参考书。近10年间，水生鞘翅目方向研究人员发现并报告了水生鞘翅目2个新记录属、32个新种；目前水生鞘翅目昆虫标本的存储数量及模式标本的种类在我国同类标本馆中处于领先地位，为我国水生鞘翅目物种研究奠定了坚实的基础。
真菌：
真菌研究始于1956年，主要开展东北地区伞菌、多孔菌、锈菌等类群的研究。2000年后，重点开展木材腐朽菌的分类和系统学研究，目前共发现真菌新科1个，新属20个，新种279个，新组合种66个，新记录科、属、种400余个，使中国木生真菌种类由800种增加到1500多种，占全球的60%左右。标本馆保藏国内外真菌标本3万余份，菌株1000余株，涵盖我国所有森林类型中木生真菌种类，包括大量的灵芝、木耳、桑黄等具有重要经济价值的种类标本和菌株。
标本保藏研究