Lastin sisällön selvittämiseksi tarvitaan myös arkeologisia tutkimuksia, koska arkistolähteiden mukaan Vrouw Mariassa on ollut sekalaista kappaletavaraa, mutta sen sisällöstä ei kirjallisissa lähteissä ole tarkempaa tietoa. Hylyn kansitasossa on kaksi ruumanluukkua, joiden alla tai välittömässä läheisyydessä on kyljellään olevia tynnyreitä, pakkauslaatikoita, savesta tehtyjä tupakkapiippuja ja lasilinssejä. Kaikkea ruumassa olevaa peittää sinne vuosisatojen kuluessa kertynyt harmaanruskea pohja-aines.
Kesän tutkimuksissa pakkauslaatikoista ja tynnyreistä löytyi muun muassa siemeniä, jotka ovat ilmeisesti rypäleistä tai rusinoista, punaisia kuituja lastina olleista tekstiileistä, sinistä väriainetta, kasvin lehtiä ja pyöreähköjä, huokoisia kiviä. Kivet on määritetty hohkakiveksi, ja niiden alkuperää ja käyttötarkoitusta selvitetään vielä. Näytteet analysoidaan mm. Luonnontieteellisen keskusmuseon Kasvimuseossa, Geologian tutkimuskeskuksessa, Labtium-analyysilaboratoriossa ja kulttuuriperinnöstä vastaavan organisaation laboratoriossa Hollannissa. Näytteiden lisäksi hylystä nostettiin tupakkapiippuja ja lasilinssejä, jotka olivat pakkausten rikkouduttua levinneet muun lastitavaran päälle.
Hylyn rungosta otettiin mittoja ja hylyn rakenneosista ja takilasta puulajinäytteitä. Tutkimusten tuloksia käytetään laivan rakennustavan selvittämiseen ja mallintamiseen. Tähän mennessä analysoitujen dendrokronologisten näytteiden perusteella laiva on ilmeisesti rakennettu vuoden 1750 jälkeen. Puiden lustosarjoja tutkimalla on saatu selville, että rungon rakentamiseen käytetyt puut on kaadettu vuoden 1750 tienoilla ja todennäköisesti niitä on kuivattu joitakin vuosia kaatamisen jälkeen. Puiden kasvupaikka viittaa Puolan alueelle.
Hylyssä mahdollisesti tapahtuvia muutoksia seurataan kuvaamalla tiettyjä kohtia säännöllisesti. Vuosina 2009, 2010 ja 2011 tehtiin seurantakuvauksia kauko-ohjattavalla robottikameralla. Esimerkiksi hylyn kansitasolla on alueita, joissa on herkästi liikkuvia takilan kappaleita tai haurasta puutavaraa, joissa muutokset näkyvät helposti. Myös ruumanluukkujen ympäristö kuvataan aina tässä yhteydessä.
Kesän 2011 tutkimukset olivat osa ”Vrouw Maria veden alla” -hanketta, jonka rahoittaa opetus- ja kulttuuriministeriö. Kenttätutkimuksiin osallistui Museoviraston ja Vrouw Maria veden alla -hankkeen henkilökuntaa, meribiologeja, geologi, ammattisukeltajia ja muita alan ammattilaisia. Kenttätöiden johtajana toimi tutkija Riikka Alvik. Tutkimusaluksena käytetty r/v Muikku on Suomen ympäristökeskuksen tutkimusalus, jota käytetään Saimaan, Vuoksen vesistön ja Itämeren tutkimuksissa. Lisäksi mukana oli Immi Wallinin omistama r/v Yoldia.
