La Cornell, un'università di ricerca, produce il quarto più grande numero di laureati al mondo che si laureano in ingegneria o in scienze naturali presso le istituzioni americane. È anche al quinto posto nel mondo per numero di laureati che conseguono un dottorato di ricerca presso istituzioni americane in qualsiasi campo. La ricerca è un elemento centrale della missione della Cornell. Nel 2009 Cornell ha speso 671 milioni di dollari per la ricerca e lo sviluppo nel campo della scienza e dell'ingegneria. Questo lo rende il sedicesimo più alto degli Stati Uniti.
Per l'anno fiscale 2004-05, l'università ha speso 561,3 milioni di dollari per la ricerca. Tra le unità della Cornell, la maggior parte di questi finanziamenti è andata ai college di Medicina (164,2 milioni di dollari), Agricoltura e Scienze della Vita (114,5 milioni di dollari), Arte e Scienze (80,3 milioni di dollari) e Ingegneria (64,8 milioni di dollari). Il denaro proviene in gran parte da fonti federali, con un investimento federale di 381,0 milioni di dollari. Le agenzie federali che investono di più sono il Dipartimento della salute e dei servizi umani e la National Science Foundation che costituiscono rispettivamente il 51,4% e il 30,7% di tutti gli investimenti federali nell'università. Cornell era nella top-ten delle università statunitensi che hanno ricevuto il maggior numero di brevetti nel 2003, ed è stata una delle prime cinque istituzioni della nazione nella formazione di imprese start-up. Nel 2004-05, Cornell ha ricevuto 200 divulgazioni di invenzioni, ha depositato 203 domande di brevetto USA, ha completato 77 accordi di licenza commerciale e ha distribuito royalties per oltre 4,1 milioni di dollari alle unità e agli inventori Cornell.
Dal 1962, Cornell è stato coinvolto in missioni senza equipaggio su Marte. Nel XXI secolo, Cornell ha partecipato alla missione Mars Exploration Rover. Steve Squyres di Cornell, Principal Investigator per l'Athena Science Payload, ha guidato la selezione delle zone di atterraggio e ha richiesto la raccolta dati per i rover Spirit e Opportunity. Gli ingegneri del Jet Propulsion Laboratory hanno preso in considerazione tali richieste e hanno progettato i rover per soddisfarle. I rover, che hanno entrambi operato a lungo oltre le loro aspettative di vita originali, sono responsabili delle scoperte che sono state premiate dalla Scienza come Breakthrough of the Year 2004. Il controllo dei rover di Marte si è spostato tra il Jet Propulsion Laboratory della NASA presso il Caltech e il Cornell's Space Sciences Building. Inoltre, i ricercatori della Cornell hanno scoperto gli anelli intorno al pianeta Urano. Inoltre, Cornell ha costruito e gestito il radiotelescopio più grande e sensibile del mondo ad Arecibo, Portorico.
Nel 1952, John O. Moore del Cornell Aeronautical Laboratory ha iniziato il progetto di ricerca sugli incidenti automobilistici. (Nel 1972, il laboratorio è stato separato dall'Università come Calspan Corporation.) È stato un pioniere nell'uso dei crash test, originariamente utilizzando cadaveri piuttosto che manichini. Il progetto ha scoperto che il miglioramento delle serrature delle portiere, i volanti ad assorbimento di energia, i cruscotti imbottiti e le cinture di sicurezza potevano prevenire una straordinaria percentuale di lesioni. Il progetto portò la Liberty Mutual a finanziare la costruzione di una dimostrazione della Cornell Safety Car nel 1956, che ricevette pubblicità a livello nazionale e influenzò le case automobilistiche. Le case automobilistiche avviarono presto i propri laboratori di crash-test e gradualmente adottarono molte delle innovazioni della Cornell. Altre idee, come i sedili per i passeggeri rivolti all'indietro, non hanno mai trovato il favore delle case automobilistiche o del pubblico. []
Nel 1984, la National Science Foundation ha iniziato a lavorare alla creazione di cinque nuovi centri di supercomputer, tra cui il Cornell Center for Advanced Computing, per fornire risorse di calcolo ad alta velocità per la ricerca negli Stati Uniti. Nel 1985, un team del National Center for Supercomputing Applications ha iniziato lo sviluppo di NSFNet, una rete di computer basata su TCP/IP in grado di connettersi ad ARPANET, presso il Cornell Center for Advanced Computing e l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. Questa rete ad alta velocità, senza restrizioni per gli utenti accademici, divenne una spina dorsale alla quale si sarebbero collegate le reti regionali. Inizialmente una rete a 56 kbit/s, il traffico sulla rete è cresciuto in modo esponenziale; i collegamenti sono stati aggiornati a 1,5 Mbit/s T1 nel 1988 e a 45 Mbit/s nel 1991. La NSFNet fu una pietra miliare nello sviluppo di Internet e la sua rapida crescita coincise con lo sviluppo del World Wide Web.
Gli scienziati della Cornell hanno studiato le particelle fondamentali della natura per più di 70 anni. I fisici di Cornell, come Hans Bethe, non solo hanno contribuito alle fondamenta della fisica nucleare, ma hanno anche partecipato al Progetto Manhattan. Negli anni '30, Cornell costruì il secondo ciclotrone negli Stati Uniti. Negli anni '50, i fisici di Cornell divennero i primi a studiare la radiazione di sincrotrone. Durante gli anni '90, l'anello di immagazzinamento degli elettroni di Cornell, sotto Alumni Field, è stato il collisore di elettroni-positrone a più alta luminosità del mondo. Dopo aver costruito il sincrotrone alla Cornell, Robert R. Wilson si è preso un congedo per diventare il direttore fondatore del Fermilab, che ha comportato la progettazione e la costruzione del Tevatron, il più grande acceleratore degli Stati Uniti. I gruppi di fisica dell'acceleratore e di fisica delle alte energie della Cornell sono coinvolti nella progettazione del proposto International Linear Collider e prevedono di partecipare alla sua costruzione e al suo funzionamento. L'International Linear Collider, che sarà completato alla fine degli anni '20, completerà il Large Hadron Collider e farà luce su questioni quali l'identità della materia oscura e l'esistenza di dimensioni extra.
Nel campo delle scienze umane e sociali, Cornell è conosciuto soprattutto per essere uno dei più grandi centri mondiali per lo studio del Sud-Est asiatico. Il programma per il Sudest asiatico (SEAP) di Cornell è stato designato come National Resource Center (NRC) dal Dipartimento dell'Istruzione degli Stati Uniti per il periodo 2010-2014. Pertanto, il SEAP è di rilievo a livello nazionale nella promozione della formazione avanzata in lingua straniera, della conoscenza dell'area e internazionale delle arti liberali e della disciplina applicata incentrata sul Sud-Est asiatico. Il George McTurnan Kahin Center for Advanced Research on Southeast Asia si trova nella storica "Treman House". Il George McTurnan Kahin Center ospita gli studenti laureati della SEAP, i borsisti e gli studiosi in visita, i membri della facoltà e gli uffici di pubblicazione e divulgazione della SEAP.
