Univerzita Palackého v Olomouci se profiluje jako vědecká univerzita. Vedle kvalitního vzdělávání staví na špičkových výkonech svých zaměstnanců i studentů na poli vědy a výzkumu. K dispozici mají moderní pracoviště vybavená špičkovou technikou. Vůdčí pozici mezi vědeckými pracovišti zaujímají zejména nedávno vzniklá vědecko-výzkumná centra s mezinárodním renomé. Zejména díky excelentním publikacím z oblasti vědy a výzkumu olomoucká univerzita „boduje“ v mezinárodním srovnání (Times Higher Education World University Rankings, Best Global Universities Rankings, Scimago Institutions Rankings).
Klíčové výzkumné aktivity směřují mimo jiné do oblasti biomedicíny a biotechnologií. Od roku 2012 je to zejména zásluhou zdejšího Ústavu molekulární a translační medicíny, jenž se zaměřuje hlavně na výzkum nádorových a infekčních onemocnění, vývoj nových diagnostických postupů a léků. Rozšíření vědecké i výukové kapacity přinesla i dostavba Teoretických ústavů lékařské fakulty.
Přírodovědci dosahují excelentních výsledků zejména v oborech optika, molekulární a buněčná biologie rostlin, materiálová chemie a nanotechnologie, ornitologie a částicová fyzika. Regionální centrum pokročilých technologií a materiálů se zabývá zejména chemickým, materiálovým a optickým výzkumem. Ke světové špičce patří také pracovníci Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum. Na svém kontě mají řadu úspěchů od vylepšování užitných vlastností ječmene pomocí genetické modifikace až po odhalení dědičného plánu pšenice.
Vědu a výzkum nezanedbávají ani další fakulty. Vlivy německých intelektuálů na českou kulturu mapují odborníci z Centra pro výzkum moravské německé literatury. Důležitá díla evropské křesťanské kultury zpřístupňuje veřejnosti i Centrum pro práci s patristickými, středověkými a renesančními texty na cyrilometodějské teologické fakultě. Pedagogická fakulta využívá nový výzkumně-vzdělávací areál s unikátní logopedickou laboratoří, tyflolaboratoří a dalšími specializovanými pracovišti.
Na fakultě tělesné kultury vzniká Aplikačního centrum BALUO. Propojí výzkum pohybu a životního stylu člověka s praktickým životem. Most mezi teorií a praxí tvoří Centrum pro klinické právní vzdělávání na právnické fakultě, které je uznávaným lídrem klinického právního vzdělávání na českých i zahraničních vysokých školách.