จากการที่มหาวิทยาลัยนเรศวรได้วางเป้าหมายให้เป็น "มหาวิทยาลัยวิจัย (Research University) "[36] ดังนั้น คณะแพทยศาสตร์จึงสนับสนุนและส่งเสริมให้อาจารย์แพทย์ นิสิตแพทย์ รวมถึงบุคลากรของคณะในการทำวิจัย โดยได้มีการจัดตั้ง "งานวิจัย" ในสังกัด "ฝ่ายประกันคุณภาพและวิจัย" ภายใต้การกำกับของรองคณบดีและผู้ช่วยคณบดีฝ่ายประกันคุณภาพและวิจัย[37] เพื่อเป็นหน่วยงานในการบริหาร ประสานงานและพัฒนางานวิจัยของคณะ[38]

ผลงานวิจัยของอาจารย์แพทย์และบุคลากรของคณะที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติ ระดับชาติ รวมทั้งที่ได้รับการเผยแพร่ในที่ประชุม สัมมนา ระดับนานาชาติและระดับชาตินับตั้งแต่ พ.ศ. 2544 จนถึงปีงบประมาณปัจจุบัน (พ.ศ. 2560) มีมากกว่า 472 ผลงาน[39] โดยในปีงบประมาณ พ.ศ. 2560 มีผลงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์และเผยแพร่รวมทั้งสิ้น 47 ผลงาน[40]

ในส่วนของนิสิตแพทย์นั้น ทางคณะได้กำหนดให้นิสิตแพทย์ได้เรียนรู้และทำการวิจัยระหว่างการเรียนในชั้นคลินิก โดยจัดให้มีการเรียนการสอนในรายวิชาวิจัยทางการแพทย์พื้นฐาน ซึ่งเป็นวิชาเอกบังคับในหลักสูตรแพทยศ่าสตรบัณฑิต นอกจากนี้ยังมีรายวิชาวิจัยครอบครัว และวิจัยวิทยาศาสตร์การแพทย์พื้นฐานและระบบสาธารณสุข ซึ่งบรรจุให้เป็นวิชาเลือกเสรีอีกด้วย[8] ปัจจุบันมีผลงานวิจัยของนิสิตแพทย์ที่เผยแพร่ในฐานข้อมูลการวิจัยของคณะไม่ต่ำกว่า 340 เรื่อง[41]