Seorang ilmuwan penelitian adalah seorang profesional ilmiah yang mengkhususkan diri dalam penelitian laboratorium. Ilmuwan lain terlibat dalam aplikasi khusus untuk cabang ilmu pengetahuan mereka. Misalnya, sebagian besar ilmuwan yang terlibat dengan pencitraan resonansi magnetik (MRI) berurusan dengan pemeliharaan perangkat tersebut dan menganalisis data pada masing-masing pasien. Seorang ilmuwan penelitian MRI, sebaliknya, mungkin fokus pada semua data pasien MRI dalam upaya untuk meningkatkan desain perangkat atau mencari tren pada jenis pasien tertentu. Ilmuwan penelitian bekerja di bidang pengetahuan tertentu dan ditemukan di semua bidang sains.
Ilmuwan riset mewakili citra klasik ilmuwan, mengenakan jas lab putih dan bekerja di laboratorium steril, memeriksa sampel di bawah mikroskop. Ini, tentu saja, generalisasi; banyak ilmuwan penelitian tidak bekerja di lingkungan seperti itu, sementara yang lain akan bekerja berjam-jam di laboratorium semacam itu. Banyak pemikir besar dalam sejarah adalah ilmuwan penelitian. Isaac Newton, Marie Curie, dan Jonas Salk semuanya cocok dengan definisi modern ilmuwan riset, meskipun mereka mungkin memiliki gelar profesional yang berbeda. Albert Einstein, seperti banyak ilmuwan, adalah seorang profesor perguruan tinggi dan ahli teori di samping karyanya di bidang penelitian ilmiah.
Ilmuwan riset merencanakan dan melakukan eksperimen, berkali-kali jika perlu, dan mengumpulkan informasi yang dihasilkan, yang disebut data. Dengan pemeriksaan data yang cermat dan perbandingan dengan eksperimen serupa atau pengetahuan yang sudah ada, mereka mencari hubungan dan hubungan yang mungkin belum pernah diamati sebelumnya. Misalnya, mengekspos hewan uji ke bahan kimia tertentu dan kemudian mengamati kesehatan hewan dengan cermat selama berhari-hari atau berminggu-minggu dapat mengungkapkan racun atau karsinogen yang sebelumnya tidak diketahui.
Ilmuwan penelitian dapat membandingkan data dengan rekan mereka di lokasi yang berbeda atau bahkan dengan penelitian yang dilakukan di bidang yang tampaknya tidak terkait. Pekerjaan ilmuwan penelitian mungkin tampak membosankan dan berulang, tetapi hasilnya dapat mencakup kemajuan penting di bidang-bidang seperti kedokteran, kimia, dan ilmu lingkungan. Mereka yang telah secara signifikan memajukan bidangnya dapat diberi penghargaan dengan hibah penelitian, publikasi buku, atau bahkan penghargaan prestasi seperti Hadiah Nobel.
Semakin, pekerjaan ilmuwan riset melibatkan analisis data komputer. Komputer dapat sangat meningkatkan efisiensi pekerjaan tersebut, menemukan tren dan koneksi tersembunyi yang mungkin memakan waktu lebih lama atau menghindari penemuan sebaliknya. Mereka yang bekerja di lingkungan akademik dapat mempresentasikan temuan mereka sebagai makalah penelitian independen atau artikel dalam publikasi sains. Ilmuwan peneliti di industri swasta mungkin diminta untuk berbagi penemuan mereka hanya dengan majikan mereka.