El Zoo de Santillana colabora con varias entidades en el campo de la investigación. Los zoos son hoy en día casi la única forma de acceder a especies en peligro de extinción y los estudios sobre alimentación, etología o sencillamente cualquier cuestión relativa a la biología de la especie, requieren de la colaboración de los zoológicos.

Estos son algunas de las entidades con los que el Zoo de Santillana ha participado en estos últimos años:

Museo Anatómico de la Facultad de Medicina (Universidad de Valladolid): Composición del Museo Anatómico y otros estudios de anatomía comparada.

Servicio Regional de Investigación Y Desarrollo Agroalimentario (SERIDA) en Gijón (Asturias): en estudios de investigaciones genéticas para programas de diversidad y conservación de especies animales.

Instituto Cantábrico de la Biodiversidad (Asturias): en estudios relacionados con el Urogallo Cantábrico.

Museo de Nacional de Ciencias Naturales (Madrid): en la composición del Museo con algunos ejemplares de gran valor.

Welt Vogel Park Warlsrode (Alemania): recopilación de datos sobre Flamencos Enanos.

Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research (Alemania): en estudios sobre la reproducción de especies de felinos amenazados.

Anthropological Institute & Museum, Universidad de  Zurich (Suiza): estudio sobre los niveles hormonales presentes en Orangutanes en diferentes momentos de estrés.

Y muchos otros, que colaboran con los programas de conservación en los que participamos para la conservación de las especies.