O Museu Goeldi executa estudos em Zoologia que objetivam, além do inventário da fauna amazônica, a análise de sua distribuição geográfica, comportamento, relação com o ambiente e relação de parentesco entre as espécies, visando uma melhor compreensão da região amazônica e dando subsídios à elaboração de planos de conservação do meio ambiente e manejo de fauna.

Nos laboratórios de mastozoologia, ornitologia, herpetologia, ictiologia e entomologia são estudados macacos, morcegos, roedores, aves, lagartos, cobras, anfíbios, peixes, crustáceos e diversos insetos.

O acervo zoológico do Museu Goeldi é formado por coleções de vertebrados (incluindo exemplares em álcool, taxidermizados, peles, esqueletos, ninhos, ovos e coleções menores de peças anatômicas), totalizando aproximadamente 150.000 espécimes, e coleções de invertebrados, com cerca de 1.070.000 exemplares, principalmente insetos, artrópodos e moluscos.