Nghiên cứu tại NPL chủ yếu tập chung vào các ngành khoa học tự nhiên, Khoa học vật liệu, Khoa học máy tính và Khoa học sự sống. Nhiều nghiên cứu tại NPL đã được ứng dụng thực tiễn và có ảnh hưởng sâu rộng tới nhiều lĩnh vực như đóng tàu, Ra đa, Mạng máy tính, Định vị toàn cầu... Các hướng nghiên cứu mà NPL đã gây dựng được danh tiếng lớn bao gồm:

Đồng hồ nguyên tử

NPL là nơi khai sinh ra đồng hồ nguyên tử chính xác đầu tiên trên thế giới dựa trên chuyển mức siêu tinh tế của nguyên tử Cesium-133 bởi Louis Essen và Jack Parr vào năm 1955.[7] Thành tựu này không chỉ giúp tạo ra đồng hồ chuẩn thời gian siêu chính xác, mà nó còn tạo ra định nghĩa chuẩn SI đơn vị thời gian (Giây).[8]

Máy tính

NPL là một trong những nơi đầu tiên trên thế giới phát triển máy tính điện tử (từ giữa những năm 1940). Nhà toán học Alan Turing là người lãnh đạo dự án phát triển máy tính (mang tên Automatic Computing Engine - ACE) tại NPL từ năm 1945. Dự án này quá tham vọng và không thành công như dự kiến ban đầu dẫn tới việc ra đi của Alan Turing (gia nhập Đại học Manchester). Donald Davies là người tiếp quản dự án này, đã thu gọn dự án và thành công trong việc xây dựng thiết kế đầu tiên vào năm 1950. Dự án này được thương mại hóa thành công với việc thành lập một công ty spin-off sản xuất máy tính DEUCE với sản phẩm mang tên English Electric Computers và là một trong những máy tính được yêu thích nhất trong thập kỷ 1950.

Đo lường

Chuyển mạch gói

Xem bài chi tiết: Chuyển mạch gói

NPL là nơi tiên phong phát triển công nghệ chuyển mạch gói từ những năm 1960 – và hiện nay công nghệ này là nền tảng cho việc truyền dữ liệu trên internet. Dự án này được Donald Davies (1924 – 2000), một nhà khoa học máy tính là người đã đề xuất và lãnh đạo dự án này từ năm 1965.[9] Suốt từ năm 1969 đến 1986, Davies cùng nhóm nghiên cứu tại NPL đã xây dựng những khái niệm đầu tiên về truyền dữ liệu trong mạng cục bộ và kết quả đã tạo ra ảnh hưởng lớn đến việc tạo ra mạng ARPANET trong quân đội Mỹ (tiền thân của mạng internet ngày nay).[10] Kết quả này được tiếp tục nghiên cứu để trở thành giao thức truyền dữ liệu cho liên mạng máy tính, và tạo ra việc NPL lần đầu tiên kết nối với mạng thông tin Châu Âu vào năm 1975.[11]