Das Naturwissenschaftliche Labor der SPSG gewinnt Informationen über materielle Eigenschaften der Kunstobjekte, die für deren Erhalt, Pflege und kunstgeschichtliche Interpretation wichtig sind. Das Labor arbeitet interdisziplinär im natur-, kunst- und konservierungswissenschaftlichen Bereich.
Im Naturwissenschaftlichen Labor werden alle Arten von Kunstobjekten aus den preußischen Königsschlössern untersucht. Es werden Material-, Alterungs- und Schadensanalysen, (relative) Datierungen sowie technologische Studien durchgeführt, deren Ergebnisse in Konservierungs- bzw. Restaurierungskonzepte einfließen. Weiterhin werden Beiträge zur Beantwortung kunstwissenschaftlicher Fragen geleistet. Dazu zählt zum Beispiel die Aufklärung von Provenienzen und Authentizitäten oder die detaillierte Erforschung der Arbeitstechniken einzelner Künstler.
Spezialisierungsschwerpunkte des Labors sind Pigment- und Farbstoffanalysen an Gemälden, Grafiken, gefassten Objekten und Textilien sowie die damit verbundene historische und technologische Erforschung der – insbesondere in Preußen – verwendeten Materialien. So wurden in den vergangenen Jahren beispielsweise die französischen Gemälde des 18. Jahrhunderts (Antoine Watteau und Umkreis), die altdeutschen Gemälde (Lucas Cranach und Werkstatt), die gefassten Möbel Gérard Daglys sowie die friderizianischen Seiden eingehend untersucht.
Für die naturwissenschaftliche Untersuchung der Kunstobjekte werden zerstörungsfreie und zerstörungsarme Techniken eingesetzt. Hierzu gehören die optische Mikroskopie, die Röntgenfluoreszenzanalyse, die Ramanspektroskopie, die optische Spektroskopie und flüssigkeitschromatographische Methoden.