Du fait de leur ampleur et de leur technicité, les travaux de restauration nécessitent une étude préalable qui permet d'une part de poser un diagnostic sur l'état du bien, qu'il s'agisse d'un monument ou d'un objet mobilier, et d'autre part de déterminer un parti de restauration. Au château d'Azay-le Rideau par exemple, une vaste campagne de travaux est en cours pour restaurer les couvertures, les menuiseries extérieures et les façades du monument.
En complément du lancement de chantiers de restauration, le Centre des monuments nationaux a pour objectif d'améliorer l'état sanitaire général des biens placés sous sa responsabilité.
À cette fin, l'établissement réalise des diagnostics sur les monuments et les collections dont il a la charge. Ces expertises à la fois historiques, techniques et scientifiques permettent d'évaluer l'état de conservation des objets, des toitures, des façades, des structures, mais aussi de s'assurer de la conformité des installations électriques et des systèmes de lutte contre les incendies et les intrusions.
Le bilan sanitaire sert de base à l'élaboration d'une programmation sur plusieurs années de travaux d'entretien, de réparation et de restauration des monuments et des collections.
Afin de limiter les lourdes et coûteuses opérations de restauration, le CMN mène également des travaux de réparation. Ces travaux sont destinés à limiter la dégradation des bâtiments et des collections. Sur les monuments ils sont effectués sous la maîtrise d'œuvre des architectes urbanistes de l'Etat de l'établissement. Egalement conservateurs des monuments nationaux, ces derniers connaissent parfaitement ces monuments et sont en mesure de définir et de mettre en œuvre les mesures nécessaires à la bonne conservation de l'édifice : réfection d'enduits, de pans de toitures, remplacement d'huisserie, de planchers, consolidation de murs de soutènement.