Το Κορνέλ, ένα ερευνητικό πανεπιστήμιο, παράγει τον τέταρτο μεγαλύτερο αριθμό αποφοίτων στον κόσμο που συνεχίζουν να κάνουν διδακτορικό στη μηχανική ή στις φυσικές επιστήμες σε αμερικανικά ιδρύματα. Είναι επίσης το πέμπτο στον κόσμο στην παραγωγή αποφοίτων που συνεχίζουν με διδακτορικά σε αμερικανικά ιδρύματα σε οποιοδήποτε τομέα. Η έρευνα αποτελεί κεντρικό στοιχείο της αποστολής του Cornell. Το 2009 το Κορνέλ δαπάνησε 671 εκατομμύρια δολάρια για την έρευνα και την ανάπτυξη στον τομέα της επιστήμης και της μηχανικής. Αυτό την καθιστά την 16η υψηλότερη στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Για το οικονομικό έτος 2004-05, το πανεπιστήμιο δαπάνησε 561,3 εκατομμύρια δολάρια για έρευνα. Από τις µονάδες του Cornell, το µεγαλύτερο ποσό αυτής της χρηµατοδότησης δόθηκε στα κολέγια της Ιατρικής (164,2 εκατ. δολάρια), της Γεωργίας και των Βιοεπιστηµών (114,5 εκατ. δολάρια), των Τεχνών και Επιστηµών (80,3 εκατ. δολάρια) και της Μηχανικής (64,8 εκατ. δολάρια). Τα χρήματα προέρχονται σε μεγάλο βαθμό από ομοσπονδιακές πηγές, με ομοσπονδιακή επένδυση ύψους 381,0 εκατ. δολαρίων. Οι ομοσπονδιακές υπηρεσίες που επενδύουν τα περισσότερα χρήματα είναι το Υπουργείο Υγείας και Ανθρωπίνων Υπηρεσιών και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών που αποτελούν, αντίστοιχα, το 51,4% και το 30,7% του συνόλου των ομοσπονδιακών επενδύσεων στο πανεπιστήμιο. Το Κορνέλ ήταν στην πρώτη δεκάδα των πανεπιστημίων των ΗΠΑ που έλαβαν τις περισσότερες πατέντες το 2003 και ήταν ένα από τα πέντε πρώτα ιδρύματα της χώρας στη δημιουργία νεοφυών επιχειρήσεων. Το 2004-05, το Κορνέλ έλαβε 200 γνωστοποιήσεις εφευρέσεων, κατέθεσε 203 αιτήσεις για διπλώματα ευρεσιτεχνίας των ΗΠΑ, ολοκλήρωσε 77 εμπορικές συμφωνίες αδειοδότησης και διένειμε δικαιώματα άνω των 4,1 εκατομμυρίων δολαρίων σε μονάδες και εφευρέτες του Κορνέλ.
Από το 1962, το Cornell συμμετέχει σε μη επανδρωμένες αποστολές στον Άρη. Τον 21ο αιώνα, το Κορνέλ συμμετείχε στην αποστολή Mars Exploration Rover. Ο Steve Squyres του Cornell, κύριος ερευνητής για το επιστημονικό φορτίο Athena, ηγήθηκε της επιλογής των ζωνών προσγείωσης και των ζητούμενων χαρακτηριστικών συλλογής δεδομένων για τα ρόβερ Spirit και Opportunity. Οι μηχανικοί του Jet Propulsion Laboratory έλαβαν αυτά τα αιτήματα και σχεδίασαν τα ρόβερ για να τα ικανοποιήσουν. Τα ρόβερ, και τα δύο από τα οποία λειτούργησαν πολύ πέρα από το αρχικό προσδόκιμο ζωής τους, είναι υπεύθυνα για τις ανακαλύψεις που τιμήθηκαν από το Science με το βραβείο "Breakthrough of the Year 2004". Ο έλεγχος των ρόβερ του Άρη έχει μετακινηθεί μεταξύ του Εργαστηρίου Αεριοπροώθησης της NASA στο Caltech και του Κτηρίου Διαστημικών Επιστημών του Cornell. Επιπλέον, οι ερευνητές του Κορνέλ ανακάλυψαν τους δακτυλίους γύρω από τον πλανήτη Ουρανό. Επίσης, το Κορνέλ κατασκεύασε και λειτούργησε το μεγαλύτερο και πιο ευαίσθητο ραδιοτηλεσκόπιο στον κόσμο στο Αρεσίμπο του Πουέρτο Ρίκο.
Το 1952, ο John O. Moore στο Εργαστήριο Αεροναυπηγικής του Cornell ξεκίνησε το πρόγραμμα έρευνας για τον τραυματισμό από σύγκρουση αυτοκινήτων. (Το 1972, το εργαστήριο διαχωρίστηκε από το Πανεπιστήμιο ως Calspan Corporation.) Ήταν πρωτοπόρο στη χρήση δοκιμών πρόσκρουσης, χρησιμοποιώντας αρχικά πτώματα αντί για ομοιώματα. Το πρόγραμμα ανακάλυψε ότι οι βελτιωμένες κλειδαριές θυρών, τα τιμόνια απορρόφησης ενέργειας, τα παραγεμισμένα ταμπλό και οι ζώνες ασφαλείας μπορούσαν να αποτρέψουν ένα εξαιρετικό ποσοστό τραυματισμών. Το έργο οδήγησε την Liberty Mutual να χρηματοδοτήσει την κατασκευή ενός αυτοκινήτου επίδειξης Cornell Safety Car το 1956, το οποίο έλαβε εθνική δημοσιότητα και επηρέασε τους κατασκευαστές αυτοκινήτων. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες ξεκίνησαν σύντομα τα δικά τους εργαστήρια δοκιμών σύγκρουσης και υιοθέτησαν σταδιακά πολλές από τις καινοτομίες του Cornell. Άλλες ιδέες, όπως τα καθίσματα των επιβατών με την πλάτη προς τα πίσω, δεν βρήκαν ποτέ την εύνοια των αυτοκινητοβιομηχανιών ή του κοινού. []
Το 1984, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών άρχισε τις εργασίες για τη δημιουργία πέντε νέων κέντρων υπερυπολογιστών, συμπεριλαμβανομένου του Cornell Center for Advanced Computing, για την παροχή υπολογιστικών πόρων υψηλής ταχύτητας για την έρευνα στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το 1985, μια ομάδα από το Εθνικό Κέντρο για Υπερυπολογιστικές Εφαρμογές ξεκίνησε την ανάπτυξη του NSFNet, ενός δικτύου υπολογιστών με βάση το TCP/IP που θα μπορούσε να συνδεθεί με το ARPANET, στο Cornell Center for Advanced Computing και στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στην Urbana-Champaign. Αυτό το δίκτυο υψηλής ταχύτητας, χωρίς περιορισμούς για τους ακαδημαϊκούς χρήστες, έγινε η ραχοκοκαλιά στην οποία θα συνδέονταν τα περιφερειακά δίκτυα. Αρχικά ένα δίκτυο 56 kbit/s, η κίνηση στο δίκτυο αυξήθηκε εκθετικά- οι συνδέσεις αναβαθμίστηκαν σε T1 1,5 Mbit/s το 1988 και σε 45 Mbit/s το 1991. Το NSFNet αποτέλεσε σημαντικό ορόσημο στην ανάπτυξη του Διαδικτύου και η ταχεία ανάπτυξή του συνέπεσε με την ανάπτυξη του World Wide Web.
Οι επιστήμονες του Cornell ερευνούν τα θεμελιώδη σωματίδια της φύσης για περισσότερα από 70 χρόνια. Φυσικοί του Κορνέλ, όπως ο Hans Bethe, συνέβαλαν όχι μόνο στα θεμέλια της πυρηνικής φυσικής, αλλά συμμετείχαν και στο Σχέδιο Μανχάταν. Τη δεκαετία του 1930, το Cornell κατασκεύασε το δεύτερο κυκλοτρόνιο στις Ηνωμένες Πολιτείες. Στη δεκαετία του 1950, οι φυσικοί του Κορνέλ έγιναν οι πρώτοι που μελέτησαν την ακτινοβολία σύγχροτρον. Κατά τη δεκαετία του 1990, ο δακτύλιος αποθήκευσης ηλεκτρονίων του Κορνέλ, κάτω από το Alumni Field, ήταν ο συγκρουστήρας ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων με τη μεγαλύτερη φωτεινότητα στον κόσμο. Μετά την κατασκευή του συγχρότρου στο Κορνέλ, ο Robert R. Wilson πήρε άδεια απουσίας για να γίνει ο ιδρυτικός διευθυντής του Fermilab, το οποίο περιελάμβανε το σχεδιασμό και την κατασκευή του Tevatron, του μεγαλύτερου επιταχυντή στις Ηνωμένες Πολιτείες. Οι ομάδες επιταχυντών και φυσικής υψηλών ενεργειών του Κορνέλ συμμετέχουν στο σχεδιασμό του προτεινόμενου Διεθνούς Γραμμικού Επιταχυντή και σχεδιάζουν να συμμετάσχουν στην κατασκευή και λειτουργία του. Ο Διεθνής Γραμμικός Επιταχυντής, που θα ολοκληρωθεί στα τέλη της δεκαετίας του 2010, θα συμπληρώσει τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων και θα ρίξει φως σε ερωτήματα όπως η ταυτότητα της σκοτεινής ύλης και η ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων.
Στον τομέα των ανθρωπιστικών και κοινωνικών επιστημών, το Κορνέλ είναι γνωστό ως ένα από τα μεγαλύτερα κέντρα παγκοσμίως για τη μελέτη της Νοτιοανατολικής Ασίας. Το Πρόγραμμα Νοτιοανατολικής Ασίας (SEAP) στο Κορνέλ έχει χαρακτηριστεί ως Εθνικό Κέντρο Πόρων (NRC) από το Υπουργείο Παιδείας των Ηνωμένων Πολιτειών 2010-2014. Ως εκ τούτου, το SEAP διακρίνεται σε εθνικό επίπεδο για την προώθηση της προηγμένης ξενόγλωσσης εκπαίδευσης, της περιοχής και των διεθνών γνώσεων στις ελεύθερες τέχνες και την εφαρμοσμένη πειθαρχία με επίκεντρο τη Νοτιοανατολική Ασία. Το George McTurnan Kahin Center for Advanced Research on Southeast Asia βρίσκεται στο ιστορικό "Treman House". Το Κέντρο George McTurnan Kahin φιλοξενεί μεταπτυχιακούς φοιτητές του SEAP, επισκέπτες υποτρόφους και μελετητές, μέλη ΔΕΠ και τα γραφεία δημοσιεύσεων και προβολής του SEAP.
