Nauka prawa karnego należy do zespołu nauk prawnych. Jej przedmiotem jest rozwój instytucji prawa karnego, ich systematyka oraz wykładnia przepisów prawa, czyli ustalenie treści i zakresu obowiązywania norm prawnych. Wnioski z tych badań dotyczą zarówno prawidłowego stosowania prawa – subsumcja (podciągnięcie określonego zdarzenia pod odpowiedni przepis prawa karnego), jak i jego doskonalenia i zmiany – wnioski de lege ferenda.
W tradycyjnym ujęciu nauki mające za przedmiot normy prawne nazywa się dogmatycznymi, jednakże współczesna nauka prawa karnego nie ogranicza się do analizy norm, badając faktyczne skutki stosowania prawa, zwłaszcza zapobiegawcze i wychowawcze oddziaływanie kar i środków karnych – tak na sprawcę przestępstwa (prewencja indywidualna), jak i na społeczeństwo (prewencja ogólna).
Z uwagi na złożony charakter przestępstwa i społecznej na nie reakcji rozwinęły się badania empiryczne dotyczące tych zjawisk, które są przedmiotem wyodrębnionej nauki – kryminologii (łac. crimen – przestępstwo). Kryminologia bada dynamikę i strukturę przestępczości jako zjawiska masowego, czynniki wpływające na jej rozwój (przyczynowe, korelujące), w szczególności zaś wpływ na przestępczość zjawisk patologii społecznej. Przedmiotem badań są także indywidualne uwarunkowania i osobowość przestępców.
Z nauką prawa karnego i kryminologią ściśle związana jest penologia zajmująca się karą jako zjawiskiem społecznym, jej historią i funkcjami; bywa nazywana socjologią kary.
Z uwagi na złożone problemy wykonania kary pozbawienia wolności rozwinęła się też nauka penitencjarna, która wykorzystuje zdobycze kryminologii, psychologii i socjologii do programowania środków oddziaływania na skazanych.
Dla nauki procesu karnego bardzo duże znaczenie mają wyniki badań, jak też ekspertyzy w konkretnych sprawach, będące przedmiotem kryminalistyki. Jest to dziedzina wykorzystująca zdobycze różnych nauk (psychologii, fizyki, chemii, biologii, itp.) w opracowywaniu swoistych metod uzyskiwania i utrwalania środków dowodowych. Głównie jednak służy do wykrywania i udowadniania przestępstw: odorologia – ślady zapachowe; wariografia.
W ostatnim półwieczu nastąpił dynamiczny rozwój nowej dziedziny nauki – wiktymologii (łac. victima – ofiara), która początkowo zajmowała się badaniem roli ofiary w genezie przestępstwa (prowokacja, przyczynienie się, typologia ofiar), w ostatnich latach koncentruje się głównie na formułowaniu postulatów dotyczących ochrony interesów ofiar przestępstw w prawie i procesie karnym, pomocy udzielanej ofiarom i zapobieganiu wiktymizacji. Tu: etiologia – przyczyny przestępstw.