海南尖峰岭森林生态系统野外科学观测研究站观测与研究方向在这三个大的方面：一是热带森林生物多样性及其生态学过程的研究；二是森林与全球气候变化（主要是与大气CO₂）的关系研究；三是森林与水循环的关系研究。具体可分解为以下研究内容：

①、生物多样性的监测与研究：研究站区的森林植被类型、维管植物、兽类、鸟类、两栖爬行类、淡水鱼类、昆虫、蜘蛛、微生物等的本底调查，并定期进行复查，结合生物多样性监测固定样地技术形成区域性的监测系统；

②、植被生态学研究：包括热带森林植物生理生态、种群与群落生态学的研究，以及群落生物量、生态系统生产力的研究等；

③、森林气象要素的观测和变化研究：研究站区两个气象站（分别位于海拔68米和820米）的观测与国家标准相同；森林小气候观测为选定典型天气（如旱季、雨季）进行包括辐射、温度、湿度、降雨量、土壤温度、土壤水分等指标的观测；

④、热带森林CO₂/H₂O通量研究：以热带山地雨林（原始林和次生林）、热带低地雨林生态系统为主，监测森林群落与大气CO₂的交换通量；

⑤、森林水文学：采用封闭小流域集水区及其配套测定技术，监测总径流、树干流、穿透水、土壤渗透水等指标；对主要河流、溪流、水库的水质随森林面积和人类经营活动的变化情况监测等；

⑥、森林土壤学：监测土壤理化性质随森林环境的变化趋势、极端气候条件下(台风和特大暴雨)的水土流失状况、蓄水保肥功能、土壤动物和微生物在凋落物的分解和矿化过程中的作用研究等。

⑦、其他专题研究：包括热带地区传统的耕作方式“刀耕火种”生态恶果的模拟实验研究——“刀耕火种”条件下的生物多样性、气温、湿度、土壤水分状况、土壤流失、CO₂释放量等方面的变化；大气污染物本底值监测——近地面层大气的污染物O₃、CO、CH₄、NO_x、尘埃等浓度监测；灾害性气候——热带风暴和台风对热带林生态系统的生物多样性、结构、水文功能的影响研究；珍稀濒危植物资源保存的研究——在尖峰岭地区已建立了就地保存和迁地保存的基地各一处，开展了珍稀濒危植物的保存技术研究；热带地区可持续经营示范系统——为更好地保护尖峰岭这片热带森林，在保护区和国家森林公园周边建立了若干复合经营示范系统，如林—果、林—南药(益智、咖啡、胡椒、苦丁茶等)、林—草—羊、果—经济作物、椰子—香蕉—鱼塘—鸭子、猪—沼气—蔬菜苗木等，这些模式在当地起到了示范作用。