Naturwaldreservate eignen sich besonders für langfristige waldökologische Grundlagenforschung, da die Dynamik dieser Waldökosysteme kaum durch anthropogene Einwirkungen überlagert wird – mit Ausnahme von Immissions- und Wildeinflüssen.

Zu Beginn der Naturwaldforschung waren vor allem vegetationskundliche und waldbauliche Fragestellungen von Bedeutung. Heute wird der Fokus erweitert und Untersuchungen der Biodiversität, der populationsgenetischen Zusammenhänge, der Störungsanfälligkeit oder der Anpassungsfähigkeit von Waldökosystemen an Klimaänderungen rücken in den Mittelpunkt. Periodisch wiederkehrend und langfristig wird die ‚freie‘ Entwicklung von Waldlebensgemeinschaften erfasst und dokumentiert, somit stellt die Naturwaldforschung einen wichtigen Bestandteil der Ökosystemforschung dar.

Ziel der angewandten Forschung ist die Weiterentwicklung eines ökologisch orientierten, naturnahen Waldbaus. Für standörtlich vergleichbare Wirtschafts-, Schutz-, Erholungs-, und Wohlfahrtswälder sollen besser abgesicherte Erkenntnisse zu Fragen der Waldverjüngung und Waldpflege, Baumartenwahl, Verjüngungsverfahren, Produktions- und Verjüngungszeiträumen, Konkurrenzsteuerung, natürliche Auslese und Differenzierung gewonnen werden. NWR sind Beispielbestände der natürlichen Waldgesellschaften und Referenzflächen für Biotopbewertungen und ökologische Inventuren.