Einige der größten Herausforderungen für die Experten der wissenschaftlichen Abteilung lassen sich in sechs Themenräumen nachvollziehen: „Tricks und Täuschungen“, „Transformation und Modifikation“, „Fehler“, „Geheimnisse und Rätsel“, „Erlösung und Errettung“ sowie ein Botticelli gewidmeter Raum.
Da auch die National Gallery vor Fehleinkäufen nicht gefeit ist, wird im Raum „Tricks und Täuschungen“ beispielsweise eine Porträtgruppe gezeigt, die 1923 beim Ankauf zwar auf das 15. Jahrhundert geschätzt wurde, tatsächlich aber aus dem 20. Jahrhundert stammt. Überführt wurde ihr unbekannter Fälscher, weil er Pigmente verwendete, die es vor dem 19. Jahrhundert noch nicht gab.
Auch der Botticelli-Raum ist einer Fehleinschätzung gewidmet: 1874 erwarb das Museum zwei Werke von Botticelli– oder glaubte es zumindest. Die „Allegorie“ stammt lediglich von einem Zeitgenossen des Künstlers, nicht von Botticelli selbst. Während im Raum „Geheimnisse und Rätsel“ die Teilurheberschaft Andrea del Verrocchios, einem der besten Bildhauer der Renaissance, an „Jungfrau mit Kind und zwei Engeln“ nachgewiesen werden konnte, geben andere Werke bis heute Rätsel auf. So etwa „Der Tote Soldat“ aus dem 17. Jahrhundert, der lange Zeit dem spanischen Meister Diego Velázquez zugeschrieben wurde, das Herkunftsland Italien für das Werk nun aber als sicher gilt. Im Raum „Erlösung und Errettung“ wird hingegen erfreuliches gefeiert, wie affaels Gemälde „Madonna mit den Nelken“ von ca. 1506, das unverhofft auf Schloss Alnwick wiederentdeckt wurde.
In der Ausstellung vermitteln Infrarot- und Röntgenaufnahmen, Elektronenmikroskopie und Massenspektronomie spannende Einblicke in die Arbeitsweisen der Künstler und die Veränderungen, die ein Kunstwerk im Laufe der Zeit erfährt. Die wissenschaftliche Abteilung der National Gallery wurde 1934 gegründet und gilt heute als eine der weltweit führenden Institutionen für die Material- und Methodenforschung westeuropäischer Malerei.
