长期以来，湘西地质公园与中国科学院南京古生物所、中国地质科学院岩溶地质研究所、湖南地矿局、中南大学、湖南大学、湖南师范大学、吉首大学以及世界各地的科研机构保持着良好的合作关系。国内外科研机构和大学在湘西开展了大量地质调查研究，在地层古生物、地质矿产、水文地质、工程地质、地质灾害、生态环境、民族文化等方面取得丰硕研究成果，共编写科研专著10余部，发表SCI、核心论文51篇，并举办了多次国际学术研讨会，不断加深了世人对湘西地质遗迹的科学、教育、旅游、美学等价值的认识，获得广泛认同。近年来，地质公园范围内的主要科学研究成果如下：

中科院南京古生物研究所、湖南地矿局，以及美国俄亥俄州立大学、堪萨斯大学和意大利比萨大学等国内外科研机构合作，研究园区排碧、罗依溪寒武系台地—斜坡相沉积剖面，最终确立了“芙蓉统”、“排碧阶”、“古丈阶”3个国际地层年代单位；

中国地质科学院岩溶地质研究所开展“洛塔岩溶及其水资源评价与利用的研究”和“西南典型岩溶流域地下水调查和地质环境整治研究”，对湘西岩溶台地—峡谷地区地下河发育规律、地表-地下联合成库条件、地下水开发利用方式等方面取得了丰硕科研成果。

湖南省地矿局在湘西地质公园开展基础地质、水文地质、工程地质、环境地质和地质遗迹等研究，编制了《湘西地质公园综合地质调查报告》，并对地质公园范围内的温泉水开发与利用、地质灾害防治、岩溶区工程地质勘探、地球化学调查等方面，做出了突出贡献。

吉首大学长期在地质公园开展生物多样性调查研究，并编制了《湘西地质公园生物多样性调查报告》，并在杜仲、猕猴桃等特色生物资源综合利用，大鲵等特有动植物保护与繁育工作中做出突出贡献；武陵山发展研究院在对湘西历史文化遗址田野调查和非物质文化遗产多年研究的基础上，编制《湘西地质公园历史文化调查报告》和《湘西文化通史》。