מאז גילויין של המגילות מעסיקה בעיית שימורן את החוקרים והמשמרים. עצם חשיפתן והוצאתן מהמערות שבמדבר יהודה ערערה את התנאים שבעטיים השתמרו למעלה מאלפיים שנה. המגילות כתובות הן על קלף הן על פפירוס. נוסף למספר מצומצם של מגילות גדולות נמצאו אלפים רבים של קטעי מגילות שהורכבו לכ-1200 לוחות; כ-900 לוחות של קטעי קלף וכ-300 לוחות של קטעי פפירוס. תהפוכות זמן וגלגולים רבים פקדו את המגילות מאז מציאתן לראשונה בידי הרועה הבדואי ועד הקמת המעבדה של רשות העתיקות לשימור המגילות, בשנת 1991. העבודה במעבדה מלווה במחקר וייעוץ ומושפעת מהידע והניסיון של מעבדות שימור ברחבי העולם. לעומת הפרסום המדעי, הרי שמלאכת השימור עדיין בעיצומה. היא מלווה את כתבי היד, תוך שימוש בחידושים המתמידים בעולם השימור.

הראשונים שעסקו בשימור המגילות, מבלי משים, היו החוקרים (האב דה-וו, קרוס, מילק, סטארקי, אלגרו, סטרגנל ואחרים) שבראשית שנות החמישים של המאה העשרים, זמן קצר לאחר גילויין, החלו לחקור אותן. הם סידרו את קטעי הטקסט בלוחות על-פי תוכנם ועשו כמיטב יכולתם שלא לגרום נזק למגילות. באשר לשימור, הם הסתייעו במידע אקראי שהגיע אליהם ממוזיאונים באירופה וממשמרים שטיפלו בפפירוס ועור, בעיקר מספריית הוותיקן. לשם יצירת טקסט רצוף אוחו קרעי קטעים קטנים שאובחנו כשייכים זה לזה בנייר דבק — צלוטייפ. הקטעים שחוברו הונחו בין שני לוחות זכוכיות שאף הם הודבקו זה לזה ברצועה של נייר דבק. הלוחות צולמו על ידי צלם מוזיאון רוקפלר, נג'יב אלבינה, שהפיק תוצאות מרשימות בעזרת צילום בקרניים אולטרא סגולות ואינפרא אדומות. הצילומים מעידים על מצבן של המגילות והכתוב בהן בעת מציאתן. כבר בראשית שנות הששים התחיל להתחוור הנזק שנגרם למגילות עקב השימוש בצלוטייפ ואטימתן בתוך לוחות הזכוכית. הכתמים הכהים והמשקעים הדביקים שהתהוו על קטעי המגילות מכלים את הקלף וגורמים לעתים לנזק בלתי הפיך.

לאחר מלחמת ששת הימים עבר בניין מוזיאון רוקפלר לידי ממשלת ישראל והטיפול בו ובאוספיו הופקד בידי אגף העתיקות והמוזיאונים דאז. עם שוך הקרבות ומציאת אוסף המגילות שהוחבא בבניין הוחל בארגון החומר ומיונו. נרשמו למעלה מ-1200 לוחות זכוכית ובהם אלפי קטעים של מגילות, והוכנו רשימות מצאי, תוך התייחסות לזיהוים של הקטעים. אנשי אגף העתיקות, יחד עם אוצר היכל הספר, החלו לבדוק את מצב השתמרותם של הקטעים. מחסן מבוקר-אקלים הותקן בבניין רוקפלר ומשמרי מוזיאון ישראל, שצברו ניסיון בפתיחת המגילות הגדולות המוצגות בהיכל הספר, החלו לטפל בלוחות בהתאם לידע שעמד לרשותם בשנות ה-70 וה-80 (עד 1988 טופלו כ-400 לוחות). זמן קצר לאחר הקמת רשות העתיקות, ובמקביל להקמת ועדת החוקרים לפרסום המגילות בראשותו של פרופ' טוב, החליט א' דרורי, מנהל רשות העתיקות דאז, להקים מעבדה ייחודית לשימור המגילות. אסתר בויד-אלקלעי, המומחית לשימור נייר בארץ, התבקשה לסייע בהערכת מצב השתמרותן ואיחסונן של המגילות ולייעץ בטיפולן ובהמשך שימורן. יחד עם לנה ליבמן, לימים ראש המעבדה, הן ערכו במשך שנה בדיקות וניסיונות בשיטות טיפול ושימור שונות.

במקביל להתחלת מבצע השימור המקיף כינסה רשות העתיקות ועדת מומחים בינלאומית בחסות מכון גטי לשימור מארה"ב. על-פי מסקנות הוועדה והנחיותיה נקבע המשך תהליך העבודה. צוות מדענים, גם הוא בחסות מכון גטי, עסק בחקר הנזק שנגרם למגילות ובשינויים שהתרחשו בהן מאז שהתגלו. המחקרים כללו את תנאי הסביבה — הלחות והטמפרטורה במערות שבהן נמצאו — ואת הסיבות להתדרדרות הפיזית, הכימית והביולוגית של כתבי-היד שחלה מאז שנחשפו. במסגרת המחקרים נבחנו דוגמות קלף ודוגמות מהדיו שבו נכתבו המגילות. התוצאות סייעו בבחירת החומרים המשמשים בשימור וקבעו כי יש לאחסן את המגילות במחסן מבוקר אקלים שהטמפרטורה והלחות בו קבועים ותואמים את התנאים במערות מדבר יהודה. בשל החשיבות התרבותית העצומה והעניין שהמגילות מעוררות בעולם נרתמו גם חוקרים ממדעי הטבע למחקר. בדיקות פחמן 14 איששו את תיארוך המגילות שנקבע עד אז על בסיס פליאוגרפי, וזמנן נקבע במדויק. בדיקות DNA קדום מנסות לתת תשובה לשאלה המסקרנת רבים — מי כתב את המגילות והיכן. עזרה נוספת הגיעה ממעבדות נאס"א בארה"ב, אשר המצלמה הפיזיקלית שפיתחו מסייעת בפיענוח קטעים לא ברורים; וכן ממעבדות חברת 'לייקה' בגרמניה, אשר הסבה מיקרוסקופ לייזר קונפוקלי לצורך איתור סימני כתב שנעלמו ובעיות שונות בשימור המגילות.

צוות המעבדה כולל ארבע משמרות שהתמחו בתחומים קרובים במוזיאונים ובספריות בברית המועצות לשעבר, שעם עלייתן ארצה עברו ברשות העתיקות השתלמות בשימור המגילות. על-מנת לעצור את ההתדרדרות במצב המגילות החל טיפול משמר הכולל הסרת שרידי הצלוטייפ המזיקים וניקוי וחיזוק של קטעי הקלף, עבודה החייבת להיעשות בסביבה נקייה ככל האפשר. זוהי עבודה איטית ועדינה הדורשת מן המשמרות זמן רב מאוד, סבלנות ומיומנות גבוהה ביותר. לאחר הטיפול מעבירים את הקטעים לאיחסון בין לוחות קרטון נטולי חומצה וחומרים 'נושמים', במקום לוחות הזכוכית שהפעילו לחץ ומנעו איוורור קודם לכן. עד היום סיימה מעבדת השימור להגיש 'עזרה ראשונה' למרבית הלוחות של קטעי המגילות, ולטפל מחדש בכ-350 לוחות, בעיקר אלו המכילים קטעי קלף, וחלקם אף מוסגרו לצורכי תצוגה.

מעת לעת מוצגים קטעי המגילות בתערוכות מיוחדות בעולם, זאת למען שתי מטרות: הראשונה חשיפת נכס התרבות הייחודי הזה לקהל בינלאומי רחב ככל האפשר; והשנייה, מימון הטיפול בקטעים נוספים המיועדים לתצוגה. מאז שנת 1996 מטפלת המעבדה לשימור המגילות של רשות העתיקות גם באוסף המגילות שברשות היכל הספר שבמוזיאון ישראל. קטעי המגילות עוברים בדיקות תקופתיות שיטתיות. הבדיקות מורות כי התהליך שננקט עד עתה הוכיח את עצמו; למרות זאת, חשוב להדגיש כי הטיפול שנקבע הפיך, כך שאם יפותחו בעתיד שיטות חדשות ניתן יהיה לשנות את הטיפול ללא גרימת נזק נוסף למגילות.

כאמור מלאכת השימור איטית וממושכת ולכן, למרות שהמעבדה קיימת כבר למעלה מעשר שנים, עוד ארוכה הדרך. משך אלפיים שנה השתמרו המגילות במערות בהן הוחבאו. מאז חשיפתן מתחולל בהן תהליך התכלות אותו אנו מנסים להאט, שאם-לא-כן המגילות, שהן נכס תרבותי לעם ישראל ולכלל אומות העולם, יינזקו באופן בלתי הפיך. משום כך מוטלת עלינו החובה התרבותית להתמיד במלאכה ולדאוג לשימורן למען הדורות הבאים.