El Área de Restauración del museo Thyssen conserva, estudia y restaura las piezas de la colección. De ella dependen todas las acciones encaminadas a la aplicación de la conservación preventiva de las obras para garantizar su estabilidad y permanencia.
Sus proyectos de investigación están enfocados a descubrir la técnica de los artistas y así entender su proceso creativo y cómo fueron concebidas y ejecutadas las obras, o cuál es su estado de conservación.
Para ello utilizan técnicas como las fotografías macro digitales con luz visible, fotografías con luz ultravioleta, y radiografías, así como un laboratorio de análisis químicos, que facilitan los proyectos de investigación y conservación del museo, así como la colaboración con otras instituciones.