中川牡丹研究所主要對紫斑牡丹、芍藥、大麗花等甘肅特色花卉的進行品種收集、整理、育種、栽培管理、繁殖技術等方面的科學研究，同時進行研究成果的產業化生產示範和技術推廣服務。目前進行的科研項目有“甘肅牡丹新品種培育與產業化示範”、“甘肅牡丹北移技術研究”、“紫斑牡丹抗寒品種的選育”、“紫斑牡丹籽油提取技術研究”、“紫斑牡丹精油提取技術研究”等。此外，研究所還對農民技術人員開展了專業技術培訓工作，對國內外牡丹園的規劃設計、建園施工管理進行研究，制定甘肅紫斑牡丹的種苗質量行業標準等工作。
研究所先後在全國各大園林、花卉雜誌上發表牡丹芍藥相關的論文30多篇，“甘肅紫斑牡丹嫁接速繁方法”獲得國家發明專利。研究所種質資源圃面積達70餘畝，已收集整理紫斑牡丹品種350多個，芍藥品種180多個，大麗花品種150多個，並通過雜交選育，篩選出紫斑牡丹新品種6個。研究所培育出的創新性產品“獨乾牡丹”、“辮子牡丹”、“紅葉牡丹”等，樹形奇特，觀賞性強，深受國內外廣大客戶的喜愛。
研究所與中科院植物研究所、北京林業大學、瀋陽植物園、蘭州樹木園等多家單位建立了長期的科研合作關係，並加入了美國牡丹芍藥協會、英國牡丹芍藥協會、德國牡丹芍藥協會等學術團體，每年接待大量國外牡丹專家到訪，並利用到國外考察參展的機會，同國外相關人員進行技術、產業發展等方面的交流，為研究所的科研水平的提升，為甘肅“中川牡丹”樹品牌創效益打下了良好的基礎。
