Bir araştırma üniversitesi olan Cornell, Amerikan kurumlarında mühendislik veya doğa bilimleri alanında doktora yapmaya devam eden dünyadaki en büyük dördüncü mezun sayısını vermektedir. Ayrıca, herhangi bir alanda Amerikan kurumlarında doktora yapan mezun sayısında da dünyada beşinci sırada yer almaktadır. Araştırma, Cornell'in misyonunun merkezi bir unsurudur. Cornell 2009 yılında bilim ve mühendislik araştırma ve geliştirmesine 671 milyon dolar harcamıştır. Bu rakam, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en yüksek 16. rakamdır.
Üniversite 2004-05 mali yılında araştırma için 561.3 milyon dolar harcamıştır. Cornell'in birimleri arasında bu fonun en büyük miktarı Tıp (164.2 milyon $), Tarım ve Yaşam Bilimleri (114.5 milyon $), Sanat ve Bilim (80.3 milyon $) ve Mühendislik (64.8 milyon $) kolejlerine gitti. Para büyük ölçüde federal kaynaklardan gelmektedir ve federal yatırım 381.0 milyon dolardır. En fazla yatırım yapan federal kurumlar, üniversiteye yapılan tüm federal yatırımların sırasıyla %51,4 ve %30,7'sini oluşturan Sağlık ve İnsan Hizmetleri Bakanlığı ve Ulusal Bilim Vakfı'dır. Cornell, 2003 yılında en çok patent alan ABD üniversiteleri arasında ilk onda yer almış ve yeni şirket kurma konusunda ülkenin en iyi beş kurumundan biri olmuştur. 2004-05 yıllarında Cornell 200 buluş bildirimi almış, 203 ABD patent başvurusunda bulunmuş, 77 ticari lisans anlaşması yapmış ve Cornell birimlerine ve mucitlerine 4,1 milyon dolardan fazla telif ücreti dağıtmıştır.
Cornell 1962'den beri Mars'a yönelik insansız görevlerde yer almaktadır. Cornell, 21. yüzyılda Mars Keşif Gezgini Görevi'nde de yer almıştır. Cornell'den Athena Bilim Yükü Baş Araştırmacısı Steve Squyres, Spirit ve Opportunity gezginleri için iniş bölgelerinin seçilmesine ve veri toplama özelliklerinin talep edilmesine öncülük etti. Jet İtki Laboratuvarı mühendisleri bu talepleri aldı ve gezginleri bunları karşılayacak şekilde tasarladı. Her ikisi de orijinal ömürlerinin çok ötesinde çalışan gezginler, Science tarafından 2004 Yılın Atılımı ödülüne layık görülen keşiflerden sorumludur. Mars gezginlerinin kontrolü NASA'nın Caltech'teki Jet İtiş Gücü Laboratuarı ile Cornell'in Uzay Bilimleri Binası arasında değişmektedir. Ayrıca Cornell araştırmacıları Uranüs gezegeninin etrafındaki halkaları keşfetti. Ayrıca Cornell, Porto Riko'daki Arecibo'da dünyanın en büyük ve en hassas radyoteleskopunu inşa etmiş ve işletmiştir.
1952 yılında Cornell Havacılık Laboratuvarı'nda John O. Moore Otomotiv Çarpışma Yaralanmaları Araştırma projesini başlattı. (1972'de laboratuvar Calspan Corporation olarak üniversiteden ayrılmıştır.) Başlangıçta mankenler yerine cesetler kullanılarak çarpışma testlerinin kullanılmasına öncülük etmiştir. Proje, geliştirilmiş kapı kilitleri, enerji emici direksiyonlar, yastıklı gösterge panelleri ve emniyet kemerlerinin yaralanmaların olağanüstü bir yüzdesini önleyebileceğini keşfetti. Proje Liberty Mutual'ın 1956 yılında Cornell Safety Car adlı bir gösteri aracının yapımını finanse etmesine yol açmış, bu araç ulusal çapta tanınmış ve otomobil üreticilerini etkilemiştir. Otomobil üreticileri kısa süre içinde kendi çarpışma testi laboratuarlarını kurdular ve Cornell'in yeniliklerinin çoğunu yavaş yavaş benimsediler. Arkaya bakan yolcu koltukları gibi diğer fikirler ne otomobil üreticilerinin ne de halkın beğenisini kazandı. []
1984 yılında Ulusal Bilim Vakfı, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki araştırmalar için yüksek hızlı bilgi işlem kaynakları sağlamak amacıyla Cornell Center for Advanced Computing de dahil olmak üzere beş yeni süper bilgisayar merkezi kurma çalışmalarına başladı. 1985 yılında Ulusal Süper Bilgisayar Uygulamaları Merkezi'nden bir ekip, Cornell İleri Bilgisayar Merkezi ve Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi'nde ARPANET'e bağlanabilen TCP/IP tabanlı bir bilgisayar ağı olan NSFNet'i geliştirmeye başladı. Akademik kullanıcılara kısıtlama getirmeyen bu yüksek hızlı ağ, bölgesel ağların bağlanacağı bir omurga haline geldi. Başlangıçta 56 kbit/s'lik bir ağ olan ağdaki trafik katlanarak arttı; bağlantılar 1988'de 1,5 Mbit/s'lik T1'lere ve 1991'de 45 Mbit/s'ye yükseltildi. NSFNet, İnternet'in gelişiminde önemli bir dönüm noktasıydı ve hızlı büyümesi World Wide Web'in gelişimiyle aynı zamana denk geldi.
Cornell bilim insanları 70 yılı aşkın süredir doğanın temel parçacıklarını araştırıyor. Hans Bethe gibi Cornell fizikçileri sadece nükleer fiziğin temellerine katkıda bulunmakla kalmamış, aynı zamanda Manhattan Projesi'ne de katılmışlardır. 1930'larda Cornell, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ikinci siklotronu inşa etti. 1950'lerde Cornell fizikçileri sinkrotron radyasyonunu inceleyen ilk fizikçiler oldu. 1990'larda, Alumni Field'ın altındaki Cornell Elektron Depolama Halkası, dünyanın en yüksek parlaklıktaki elektron-pozitron çarpıştırıcısıydı. Robert R. Wilson, Cornell'de senkrotronu inşa ettikten sonra, ABD'deki en büyük hızlandırıcı olan Tevatron'un tasarımı ve inşasını içeren Fermilab'ın kurucu direktörü olmak için izin aldı. Cornell'in hızlandırıcı ve yüksek enerji fiziği grupları, önerilen Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı'nın tasarımında yer almakta ve yapım ve işletimine katılmayı planlamaktadır. 2010'ların sonunda tamamlanacak olan Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı, Büyük Hadron Çarpıştırıcısını tamamlayacak ve karanlık maddenin kimliği ve ekstra boyutların varlığı gibi sorulara ışık tutacaktır.
Beşeri ve sosyal bilimler alanında Cornell, Güneydoğu Asya çalışmaları için dünyanın en büyük merkezlerinden biri olmasıyla tanınır. Cornell'deki Güneydoğu Asya Programı (SEAP), 2010-2014 yılları arasında Amerika Birleşik Devletleri Eğitim Bakanlığı tarafından Ulusal Kaynak Merkezi (NRC) olarak belirlenmiştir. Bu nedenle SEAP, Güneydoğu Asya'ya odaklanan liberal sanatlar ve uygulamalı disiplinde ileri düzeyde yabancı dil eğitimi, alan ve uluslararası bilgi birikimini teşvik etme konusunda ulusal düzeyde öne çıkmaktadır. George McTurnan Kahin Güneydoğu Asya İleri Araştırmalar Merkezi, tarihi "Treman House" binasında yer almaktadır. George McTurnan Kahin Merkezi, SEAP lisansüstü öğrencilerine, misafir bursiyerlere ve akademisyenlere, öğretim üyelerine ve SEAP'ın Yayın ve Sosyal Yardım ofislerine ev sahipliği yapmaktadır.
