I slutet av 1990-talet upptäcktes gulvita fläckar på Vasas skrov. De gulvita fläckarna ökade påtagligt i antal och utbredning efter den ovanligt regniga sommaren år 2000, då luftfuktigheten i skeppshallen varierat kraftigt. Fläckarna visade sig bestå av föreningar av svavel i olika former, ofta i kombination med järn. De påverkade områdena hade mycket låga pH-värden, vid så låga värden kan nedbrytning av träet ske. För att undersöka om nedbrytningsprocesser pågick i Vasas trä inleddes 2003 forskningsprojektet Bevara Vasa. Metoder för att neutralisera och rena träet utvecklades och testades. En ny klimatanläggning togs också i bruk för att stabilisera klimatet inne i museet och därmed skydda Vasas trä.

I det efterföljande projektet En framtid för Vasa tog man sig an hur det kemiska tillståndet i Vasas trä påverkar dess styrka. Projektet pågick mellan åren 2008 och 2011. Vid projektets slut stod det klart att det inre av Vasas timmer är kemiskt nedbrutet och att nedbrytningen försämrar träets styrka avsevärt. Man hade också framgångsrikt utvecklat metoder för att mäta träets mekaniska egenskaper. Däremot lyckades man inte bestämma hur fort nedbrytningen sker, en kritisk fråga i det fortsatta arbetet.

Som ett led i bevarandearbetet pågår sedan 2011 ett projekt att byta ut de drygt 5000 bultar som sitter i Vasas skrov. Bultarna som byts ut är de som sattes i skeppets befintliga bulthål på 1960-talet. Dessa har nu börjat rosta sönder och eftersom rost kan vara direkt skadligt för träet ersätts de med bultar i rostfritt stål. Bultbytet är ett mycket tidskrävande arbete som beräknas ta cirka sex år att slutföra.

Vasa har länge varit i behov av förbättrad stöttning. Nuvarande stöttning av skeppet, som gjordes på 1960-talet och förstärktes under 1990-talet, är otillräcklig. Museets timmermän har under lång tid noterat att skeppstimret deformeras, och regelbundna positionsmätningar visar att hela skeppet gradvis ändrar läge. Innan ett nytt stöttningssystem kan konstrueras behöver en mängd data samlas in. I forskningsprojektet Stötta Vasa, som startade 2012 pågår detta arbete. I slutet av 2016 kommer projektet att avslutas och konstruktionen av ett förbättrat stöttningssystem kan ta vid.