융합연구에서의 연구방법은 비정형성이 두드러진다는 특징이 있다. 르네상스 이후 전문화되고 분업화된 학문은 각 분야별로 체계화된 특정 연구방법을 성취하였으나, 융합연구는 서로 다른 분야의 학문 간의 연계로 연구방법에서 일관된 체계성을 갖추기 어렵다. 이는 접근방식의 차이로 연구주체에 따라 활용하는 연구방법이 다르기 때문이다.
둘째, 연구방법의 비정형성이다. 신생 융합분야는 아직 연구체계가 정립되지 않은 경우가 많아 이런 경향이 더욱 강하게 나타난다. 전통적인 학제에서 적용되던 방법론이 융합연구를 통해서 수정되거나 전혀 새로운 방법론이 될 수 있다는 점이다. 예를 들어 전통적인 생물학 분야의 경우, 장비에 의존한 실험연구의 방법론이 주를 이루었다면, IT분야가 융합됨에 따라 데이터를 처리하는 연구방법론이 중요해지고 있다는 사실은 융합연구의 방법론의 비정형성을 뒷받침 하는 사례를 들 수 있다. 르네상스시대 이후 학문의 분화와 발전은 각 학문별 연구방법의 체계화를 동시에 가져왔다. 특정 학문 내에서의 연구방법의 발전은 새로운 이론과 원리의 발견 못지않게 중요한 학문적 성취이다. 따라서 대부분의 학문 분야에서는 연구성과의 효과성과 더불어 이를 실현하는 연구방법의 적절성에 대해서도 엄격히 검토하고 있다. 새로운 연구방법의 시도는 다양한 전문가와 동료평가에 의해 적절성과 논리성을 검증받으며, 후행 연구에 의해 검증되기도 한다. 반면, 융합연구는 학제적 배경이 다른 분야 연구자가 함께 하는 연구이기 때문에 연구방법에서도 일관된 체계성을 갖추고 있지 않을 때가 많다. 예를 들어 생물모방기술(biomimetics)의 경우, 주도하는 연구주체가 누구냐에 따라 전혀 다른 연구방법을 활용한다. 생물의 기능을 기계적으로 구현하고자 하는 로봇공학이 주도할 경우, 생물의 기계적 특성과 각 생체부위의 유기적 연계부분에 기계공학적 연구방법을 사용한다. 반면, 생물의 세포단위 화학작용에 초점을 맞춘 기능 구현을 생물공학이 주도할 경우, 세포 단위에서일어나는 화학반응 조절과 유사 물질 합성을 위해 화학공학이나 재료공학에서 사용하는 연구방법을 사용한다. 특히 해결하고자 하는 연구목적이 뚜렷하게 정립되지 않거나 사회과학적 연구주제인 경우, 연구방법의 비정형성은 더욱 두드러지게 나타날 수 있다.