Aπό την αρχή της λειτουργίας του, το Εθνικό Αρχαιολογικό Μουσείο υπήρξε φυτώριο εφαρμογής, αλλά και ανάπτυξης νέων τεχνικών και μεθόδων συντήρησης των αρχαιοτήτων. Για το στήσιμό της πρώτης του έκθεσης στα τέλη του 19^ου αιώνα απασχολήθηκαν οι καλύτεροι γλύπτες της εποχής ( Ι. Βιτσάρης, Κ. Μαρμαρινός, Π. Καλούδης). Στις αρχές του 20^ου αιώνα το μουσείο απασχολεί τον  χημικό Όθωνα Α. Ρουσόπουλο για τη συντήρηση των χάλκινων ευρημάτων του ναυαγίου των Αντικυθήρων, της Μυκηναϊκής και της Αιγυπτιακής Συλλογής. Ο ίδιος χημικός προσέφερε και υπηρεσίες αρχαιομετρίας, τις οποίες εκτελούσε στο χημικό εργαστήριο της ιδιωτικής του Εμπορικής και Βιομηχανικής Ακαδημίας.

Τη δεκαετία του 1920 το Εθνικό Αρχαιολογικό Μουσείο αναθέτει στον καθηγητή της Χημείας του Πανεπιστημίου Αθηνών Κωνσταντίνο Ζέγγελη τη συντήρηση του Έφηβου του Μαραθώνα και του Ποσειδώνα του Αρτεμισίου.

Μετά τον πόλεμο προσλαμβάνεται και ο πρώτος μόνιμος χημικός, ο Βασίλειος Ζήσης, τον οποίο διαδέχονται μέχρι σήμερα νεώτεροι επιστήμονες χημικοί (Κ. Ασημενός, Ε. Ανδρεοπούλου-Μάγκου, Γ. Κούρος). Το 1980 με χρηματοδότηση του ιδρύματος Volkswagen Stiftung εξοπλίζεται το χημείο με αναλυτικά όργανα αιχμής και λειτουργεί ως εργαστήριο φυσικοχημικών ερευνών και αρχαιομετρίας. Το εργαστήριο συνεργάζεται και με άλλα ερευνητικά κέντρα της Ελλάδας και του εξωτερικού.

Καθ΄όλη τη διάρκεια του 20^ου αιώνα υπηρέτησαν στο μουσείο προσωπικότητες αρχιτεχνίτες και καλλιτέχνες, οι οποίοι θεράπευσαν τη συντήρηση των αρχαιοτήτων. Μεταξύ αυτών ξεχωρίζουν οι:  Α. Παναγιωτάκης, Στ. Κλαυδιανός, Τρ. Κοντογιώργης, Ι. Μπάκουλης, Α. Μαυραγάνης, Χρ. Χατζηλιού, Στ. Τριάντης, Π. Σαραφιανός, Α. Κοντόπουλος. Το  1965 με Βασιλικό Διάταγμα, τα εργαστήρια συντήρησης του Εθνικού Αρχαιολογικού Μουσείου θεσμοθετούνται επίσημα ως Κέντρο Συντήρησης και Αποκατάστασης (ΚΕΣΑ,) από το οποίο η συντήρηση εκπορεύεται σε όλα τα μουσεία της επικράτειας Δελφούς, Ολυμπία, Βεργίνα κ.ά. Ακόμα και σήμερα, λόγω της υψηλής τεχνογνωσίας των εργαστηρίων του Εθνικού Μουσείου, πολλές Περιφερειακές Υπηρεσίες του Υπουργείου Πολιτισμού αποστέλλουν αρχαιότητες για συντήρηση, στήριξη ή ανάλυση. Την περίοδο 1969-1971- για τρείς χρονιές- λειτούργησε και Σχολή Συντήρησης.

Από τη δεκαετία του 1990 προσλαμβάνονται οι πρώτοι συντηρητές αρχαιοτήτων και έργων τέχνης απόφοιτοι του Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος (ΤΕΙ) της Αθήνας, τώρα Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής και άλλων πανεπιστημίων του εξωτερικού. Το 2008 θεσμοθετούνται το Τμήμα Συντήρησης και το Τμήμα Φυσικών, Χημικών Ερευνών & Αρχαιομετρίας, ενώ το 2014 με Προεδρικό Διάταγμα τα δύο τμήματα συγχωνεύονται σε ένα με την επωνυμία Τμήμα Συντήρησης Φυσικών, Χημικών Ερευνών & Αρχαιομετρίας.