北京大学图书馆科研成果理论支持针对丰富的馆藏，北大图书馆人进行馆藏的揭示和深层开发，除了有关馆藏书本式目录的编写，还进行馆藏珍贵资料的整理出版，如《北京大学图书馆馆藏稿本丛书》、《北京大学图书馆馆藏历代金石拓片菁华》等
为方便学者研究，北大图书馆组织人员编写了《论语索引》、《孟子索引》、《周易索引》等传统典籍的索引
2000年，图书馆与校内其他单位联合成立的北京大学数字图书馆研究所开展了有关数字图书馆模式、标准规范（元数据、数字加工标准等）、关键技术、互操作层与互操作标准、数字图书馆门户等的研究，取得了一系列的成果，并开始进行大规模应用实践，为北京大学数字图书馆的建设奠定了技术基础
成果获奖自90年代起，为了活跃图书馆学术研究氛围，图书馆每两年举办“五四科学讨论会”，截至2015年底已举办9届，出版了9册论文集，共收录本馆、分馆、医学图书馆学术论文近800篇
更有一些研究成果获得了学校及省部级的奖励，如：谢琴芳等，CALIS联机合作编目手册（上、下），2002年获教育部第三届社科三等奖
姚伯岳，黄丕烈评传，2002年获北京市第三届社科三等奖
肖珑等，数字信息资源的检索与利用，2004年获北京市第四届社科奖二等奖、中国图书馆学会第二届图书馆学情报学学术成果专著二等奖，2006年获教育部第四届中国高校人文社会科学研究成果三等奖
戴龙基等，中文核心期刊要目总览（2004年版），2006年获北京市第九届哲学社会科学优秀成果二等奖
朱强，China Academic Library and Information System: Current Situation and Future Development获北京大学人文社会科学研究“百项精品成果奖”
2009年图书馆开设多年的“全方位、多学科的信息素质教育创新系列”课程荣获北京市优秀教学成果（高等教育）二等奖；等等
2010年胡海帆，汤燕，中国古代砖刻铭文集获北京市第十一届哲学社会科学优秀成果二等奖
张红扬，邹新明，烟雨楼台——北京大学图书馆藏西籍中的清代建筑图像获北京大学第十一届人文社会科学研究优秀成果二等奖
姚伯岳，皇舆遐览——北京大学图书馆藏清代彩绘地图获北京大学第十一届人文社会科学研究优秀成果二等奖
肖珑等，百万册数字图书馆的多媒体技术和智能服务系统获2010国家科技进步奖二等奖
2002年，图书馆成功举办“数字图书馆时代：现状与发展趋势——纪念北京大学图书馆建馆一百周年”国际学术讨论会，并出版会议论文集（大学图书馆学报2002年增刊）
研究课题北京大学图书馆还承担了很多重要的研究课题，如：国家自然科学基金――地球科学SCI论文产出与影响的文献计量分析
国家社会科学规划基金项目――从传统图书馆到数字图书馆的转型研究、中文核心期刊要目总览、国外人文社会科学核心期刊总览、国外科学技术核心期刊总览、学术期刊评价及文献计量学研究、清史图录：北京大学图书馆藏古文献中清代历史图像的数字化整理、我国信息资源共建共享的可持续发展研究
国家科技部科技基础研究重大科技专项――我国数字图书馆标准规范研究
教育部人文社科研究项目——高校人文社科外文文献资源的布局与保障研究、中文图书评价体系研究、民国时期图书馆学著作研究
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