Una din direcțiile principale de activitate este restaurarea patrimoniului muzeal. Anual sunt conservate-restaurate în jur de 150 de obiecte muzeale aflate în stare fizică degradată din cauza vechimii sale.

Secția de conservare-restaurare a fost înființată în anul 1994. În structura sa funcțională are restaurare de carte veche, icoane, metale, ceramică, textile, mobilier.

Pe parcursul anilor 2009-2010, laboratoarele de restaurare a hârtiei, a metalelor și a lemnului au fost dotate cu utilaj performant prin două proiecte susținute financiar de Fundația THE HEADLEY TRUST din Marea Britanie și Guvernul Japoniei  (Programul de asistență financiară la scară mică în domeniul culturii, parte a Programului Japonez de asistență oficială pentru dezvoltarea Republicii Moldova).

Printre bunurile culturale readuse la viață de mâna iscusită a restauratorului sunt:

• piese de metal: tezaurele de monede de la Hirișeni, sec. III-IV, Vadul lui Isac, sec. II-IV, Căpriana sec. XVII-XIX, catarame, brățare, două cămăși de zale sec. XVI-XVIII, două tunuri medievale de la Orheiul Vechi;

• cărți vechi: „Antologhion” Iași – 1726; „Apostol”, București – 1743; „Tridion”, Iași-1747; „Apostol”, Iași-1756; „Liturghie”, Râmnic – 1787; „Psaltire”, Iași-1790; „Biblia”, Blaj-1795 și multe alte cărți bisericești;

• icoane: „Maica Domnului tronând”, „Sf. Nicolae”, „Mineu” „Sf. Arhanghel Mihail”, 1796; „Botezul Domnului” și multe altele;

• piese de textile: „Covor, cu trandafir”- 1896; paretar, sec. XIX; covoraș de ritual (pocrovăț) – sec. XIX; două costume teatrale din spectacolul „Mireasa Ţarului”, anii 30 a sec. XX; catrințe, și multe alte piese de muzeu;

• ceramică: vase arheologice descoperite în așezările Saharna „La Revechin” (cultura getică) sec. V-IV î. Hr., Giurgiulești, Orheiul Vechi. Printre acestea putem numi vase funerare, boluri, ulcele, căni, străchini ș.a.