התכנון הסביבתי וההנדסי מתבססים על הידע העדכני ביותר הקיים, אולם לעיתים אין די בכך. החברה הלאומית לדרכים יוזמת ועורכת מחקרים, ניסויים ותצפיות, בתחומים שונים, שנועדו לבחון שיטות וחומרים חדשים בתנאי הארץ. מחקרים אלה מתבצעים באמצעות מומחים, חברות וחוקרים ממוסדות מחקר אקדמיים, ומלווים ע"י צוותי היגוי של החברה, בהם שותפים אנשי מקצוע מתוך עובדי החברה ומומחים ונציגי משרדים ממשלתיים אחרים.

המחקרים עוסקים במגוון רחב של נושאים, כגון: מחזור חומרי בניה וסלילה (גומי, אספלט מקורצף, חומרי פסולת וכו'), חסכון במשאבים (מים, חשמל וכד'), זיהום אוויר, טיפול בצמחייה פולשנית, מעקות נופיים, תערובות אספלטיות שקטות וכו'.