Experimentální výzkum je v laboratoři ALMA prováděn v úzké návaznosti na průzkum uměleckých děl a z nich odebraných mikrovzorků. Dochází tak k obousměrné zpětné vazbě. Na jedné straně je materiálový průzkum reálných děl zdrojem inspirace a otázek pro širší experimentální výzkum, což vede k jeho efektivnímu zacílení. Na druhou stranu jsou výsledky základního experimentálního výzkumu ihned začleňovány do interpretací a závěrů materiálových průzkumů konkrétních uměleckých děl.

Experimentální výzkum v laboratoři ALMA je veden třemi hlavními směry. Prvním je sběr, příprava a analýza referenčních vzorků malířských materiálů, včetně replikace a ověřování historických výrobních postupů. Druhý se zaměřuje na technologické a malířské experimenty zahrnující přípravu jednoduchých i složitějších modelových vzorků a komplexních technologických kopií. Třetí a velmi široký směr zahrnuje dlouhodobé experimenty zaměřené na interakce materiálů v barevné vrstvě, které mohou mít za následek její nežádoucí degradaci, a sledování vlivu vnějších faktorů na průběh těchto změn (vlhkost, teplota, osvětlení a pod.).