Το εργαστήριο αρχαιομετρίας εξυπηρετεί τις ερευνητικές ανάγκες του Μουσείου, συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση της τεχνολογίας των αρχαίων αντικειμένων και στην τεκμηρίωση των εργασιών του Τμήματος Συντήρησης. Διαθέτει τον απαραίτητο εξοπλισμό για την εφαρμογή μη καταστρεπτικών μεθόδων ανάλυσης και χαρακτηρισμού υλικών, που δεν απαιτούν λήψη δείγματος ή φθορά των αρχαίων έργων.

Η μελέτη των επιφανειών πραγματοποιείται με συνδυασμό φωτογραφικών μεθόδων, ανάκλασης και φθορισμού, στο υπέρυθρο και υπεριώδες μήκος κύματος, με φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ (XRF) και με φασματοσκοπία Raman. Η εφαρμογή της φασματοσκοπίας Raman πραγματοποιείται σε συνεργασία με το εργαστήριο αρχαιομετρίας του Βυζαντινού και Χριστιανικού Μουσείου.