科学研究是植物园的重要职能。仙湖植物园的科研工作主要依托深圳市南亚热带植物多样性重点实验室、广东深圳城市生态系统定位观测研究站和深圳市仙湖植物园广东省院士工作站三个平台开展，并拥有深圳最大的综合性植物标本馆和植物学图书馆等基础设施。仙湖植物园依托上述平台，对苏铁、蕨类、苔藓、木兰、秋海棠、苦苣苔等重要植物类群的基础研究居于行业内领先水平，取得了丰硕的科研成果；研究涉及植物学基础研究和应用研究多个领域，致力于成为推动区域生物多样性研究、保护，支撑粤港澳大湾区城市群生态景观建设、植物产业孵化发展的创新型植物科学研究机构。
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