לשכת המדען הראשי במשרד החינוך הוקמה כחלק מיישום החלטת ממשלה 882 משנת 1969, להקמת יחידות מדען ראשי במשרדי ממשלה. ייעוד היחידה הוא לשמש גשר דו-כיווני בין המחקר האקדמי ובין מערכת החינוך: ביסוס המדיניות על ידע מחקרי עדכני ואיכותי מן הארץ והעולם, תוך עידוד חוקרים לעסוק בסוגיות רלוונטיות למערכת החינוך. ייעוד זה נגזר, בין היתר, מהמלצות הוועדה הציבורית להגדרת תפקיד המדען הראשי במשרדי הממשלה ("ועדת בן ישראל", 2011).
תחומי הפעולה העיקריים של היחידה הינם:
1.חממה למחקר (מחקרים יזומים) פיתוח ידע מחקרי-יישומי חדש באמצעות יצירת שותפויות עם אנשי מקצוע וקובעי מדיניות במשרד החינוך ועם חוקרים מן האקדמיה. בכל שנה לשכת המדען הראשי מפרסמת קולות קוראים למחקר בנושאים שנמצאים בליבת התכנית האסטרטגית של משרד החינוך ומזמינה חוקרים להגיש הצעות למחקרי התערבות, שנועדו לבחון מודלים חדשניים מבוססי מחקר במערכת החינוך. אבני היסוד של מחקרים אלו הם: גיבוש מודל מותאם למערכת החינוך הישראלית שניתן לסילום (scaling up), פיתוח כלי מדידה שיעמדו לרשות משרד החינוך בתום המחקר והכשרת מעגל ראשון של עובדי הוראה אשר יוכלו להוביל ולהכשיר מעגלים נוספים בעתיד.
2.ייעוץ מדעי ליחידות המטה של המשרד באמצעות שילוב של מחקר, ידע ונתונים עדכניים ואיכותיים במעגל התכנון וקידום תרבות של "קבלת החלטות מבוססת מחקר". לשם כך, מעמידה לשכת המדען הראשי מגוון ערוצים וכלים לרשות אנשי המקצוע וקובעי המדיניות במשרד: סקירות ספרות ומדיניות המיועדים לתת מענה לשאלות ממוקדות, קבוצות עבודה המורכבות מחוקרים ואנשי מקצוע במשרד החינוך שעוסקות בשאלות ממוקדות, שדורשות חיבור בין תיאוריה לפרקטיקה וועדות מומחים אשר עוסקות בשאלו אסטרטגיות רחבות. כחלק מערוץ זה, צוות לשכת המדען הראשי מספק ייעוץ לגורמים המקצועיים במשרד בנושאי מחקר.
3.בחינת ההיבטים האתיים של מחקרים המבוקשים להתבצע במוסדות חינוך ובאמצעותם, לרבות קביעת הנוהל וכללי יישומו תוך התדיינות לשם כך עם כלל בעלי העניין במחקרים המבוקשים לביצוע, בדיקת בקשות חוקרים לביצוע מחקרים במוסדות חינוך, מתן היתרים לבקשות שאושרו ושיקוף רציף של פעילות הלשכה בתחום זה באמצעות אתר האינטרנט וערוצי מידע נוספים.
3.הנגשה של ידע מחקרי לקובעי מדיניות ובעלי עניין בתחום החינוך – מטרת לשכת המדען הראשי היא לסייע בהנחת תשתית לקבלת החלטות מושכלות ומבוססות ידע ונתונים. האתגרים הניצבים בפנינו בקידום מטרה זו הם רבים ומורכבים ביניהם: שפה מחקרית שאינה תמיד נגישה, עומס של נתונים סטטיסטיים וגרפים, מסקנות מחקר שאינן מתורגמות למסקנות יישומיות ותחרות עם מידע נגיש שאינו מבוסס מחקרית. על מנת להתגבר על חסמים אלו, לשכת המדען הראשי פועלת להנגשת ממצאי מחקר באמצעים מגוונים ובערוצי מדיה שונים על מנת לתת מענה לשונות בהעדפות וצרכי הלמידה של קהל היעד שלה.