Soveltamalla tätä perustietoa etsitään vastauksia eläinten tuotantoympäristön, hoitotoimenpiteiden ja pito-olosuhteiden vaikutuksista niiden hyvinvointiin. Hyvinvointia tutkitaan kokeellisesti laboratorio-oloissa, käytännön tiloilla tai epidemiologisin menetelmin.
Kotieläinten luontaisia käyttäytymispiirteitä kuvataan niin sanotuilla etogrammeilla. Etogrammi on kattava kuvaus kunkin eläinlajin käyttäytymispiirteistä. Eläimen käyttäytymisen kuvaus onnistuu sitä paremmin, mitä luontaisemmassa ympäristössä eläintä seurataan. Etogrammeilla kuvataan eläimen luontaista aikabudjettia, sosiaalista käyttäytymistä, ruokailu- ja lepokäyttäytymistä, viestintää sekä lisääntymiseen ja jälkeläisten hoitoon liittyvää käyttäytymistä. Hyvinvointitutkimukselle tärkeitä fysiologisia perustoimintoja ovat aisteihin liittyvät ominaisuudet, hormonitoiminta, aineenvaihdunta ja tautien vastustuskyky.
Eläinten hyvinvoinnin arviointi on haastava tehtävä, sillä tarkoituksenamme on kuvata eläimen kokemuksia kokonaisuutena. Toisin sanoen, yritämme objektiivisin mittauksin kysyä eläimeltä itseltään miten se voi, mitä se tarvitsee ja mistä on puutetta. Siksi hyvinvointitiede vaatii monitieteistä ja kattavaa lähestymistä.
Hyvinvoinnin arvioinnin perustyökaluja ovat käyttäytymisen seuranta ja käyttäytymistestit. Poikkeamat luontaisesta käyttäytymisestä, kuten apaattisuus tai lisääntynyt aggressiivisuus kielivät hyvinvointiongelmista, samoin erilaiset käyttäytymishäiriöt, kuten hännänpurenta sialla tai kielenpyöritys lehmällä. Käyttäytymistesteillä voidaan selvittää eläimen mieltymyksiä kysymällä eläimeltä itseltään, mikä on sille tärkeintä ja miten paljon se on valmis tekemään työtä tietyn asian eteen.
Poikkeamat eläimen fysiologisissa toiminnoissa, kuten stressin aiheuttamat hormoni- ja elintoimintojen muutokset (esim. ruumiinlämmön nouseminen, pulssin nopeutuminen) ovat tärkeitä hyvinvoinnin mittareita. Pitkäaikainen stressi saattaa aiheuttaa haitallisia ja usein pysyviä muutoksia kuten vatsahaavoja, vastustuskyvyn heikkenemistä ja tuotoksen laskua. Siksi muun muassa lisääntymistulos ja kasvu sekä sairaudet ja vammat ovat tärkeitä muuttujia hyvinvoinnin arvioinnissa.