Tvärminne zoologiska station har en mer än hundraårig forskningstradition med tyngdpunkt på Finska vikens kustvatten. Denna forskning har bidragit till förståelsen av strukturen och funktionen hos Östersjöns ekosystem och dess unika särdrag, som är ett resultat av Östersjöns topografi och brackvattenmiljö, samt effekterna av mänsklig påverkan, så som övergödning, klimatförändring och havsförsurning.
Även evolutions- och populationsbiologi är viktiga forskningsteman. I dessa studeras bl.a. uppkomsten av den sociala och genetiska strukturen hos sociala insekter, reproduktionsbiologin och den sexuella selektionens evolution hos fiskar och fåglar, samt förökning och spridning hos fjärilar och hällkarsorganismer i fragmenterade landskap (metapopulationsstudier).