Die entomologische Forschung widmet sich der artenreichsten Tiergruppe mit über 1 Million beschriebener Arten. Am SMNS werden vor allem Coleoptera (Käfer), Diptera (Fliegen und Mücken), Hymenoptera (Wespen, Bienen, Ameisen), Lepidoptera (Schmetterlinge) und aquatische Insekten (Eintagsfliegen, Steinfliegen, Libellen) bearbeitet.
Klassisches Arbeitsfeld in der Entomologie ist die Taxonomie, die Klassifikation bekannter und die Beschreibung neuer Arten. Projekte der Abteilung basieren auf der umfangreichen entomologischen Sammlung und beinhalten taxonomische Revisionen, Monografien, Art-Kataloge, faunistische Übersichten und Feldführer.
Phylogenetik, die Rekonstruktion der Stammesgeschichte, ist ein weiteres Arbeitsgebiet der entomologischen Abteilung. Der Tradition von Willi Hennig folgend, der diese Forschungsrichtung im Museum in den 1960er- Jahren begründete, beinhalten diese Untersuchungen vergleichende Morphologie ebenso wie moderne molekulare Methoden, u.a. erfolgt die Mitarbeit im German Barcode of Life Projekt (GBoL).
Die Insektenfauna Baden-Württembergs, speziell die der Käfer, Schmetterlinge und Wildbienen, wird überwiegend von den Mitgliedern des angebundenen Entomologischen Vereins Stuttgart (1869 e.V.) untersucht. Das Deutsche Koleopterologen-Treffen und die Stuttgarter Hymenopterologen-Tagung finden regelmäßig statt.
