アレクサンドリア図書館
3代目の図書館長キュレネのエラトステネス(前280年頃生-前194年頃死)はその科学的研究によって今日最も良く知られているが、文献学者でもある。エラトステネスの最も重要な業績は『Geographika』である。これは元来3巻本であった。この作品自体は現存していないが、数多くの断片が後の地理学者ストラボンの著作中での引用を通じて保存されている。エラトステネスは地理学と地図作成に数学を適用した最初の学者であり、彼の著作『地球の測定について』の中で地球の円周を数百キロメートル以下の誤差で計算した。エラトステネスはまた、既知の世界全体の地図を作成した。この地図にはアレクサンドロス3世のインド遠征(英語版)の記録と、プトレマイオス朝の象狩り遠征隊によるアフリカ東海岸沿いの記録を含む、アレクサンドリア図書館が保持していた史料から得られた情報が組み込まれた。
エラトステネスは地理学を科学分野へと前進させた最初の人物であった。当時、ギリシアの文献学においてはホメロスの叙事詩『オデュッセイア』におけるオデュッセウスの航海と漂流の地が実在する土地なのか、実在する土地だとすればそれはどこなのかという議論は重要な論争であった。この論争においてエラトステネスはホメロスの叙事詩の設定は完全に空想のものであると主張し、詩の目的は実際の出来事について歴史的に正確な説明を与えることではなく、「魂を捕らえること(感動させること)」に過ぎないとした。エラトステネスは『オデュッセイア』の物語を現実の話だとする見解に対し、「風の革袋を縫い上げた職人が見つかれば、オデュッセウスがどこを漂流したのか判明するだろう」という皮肉を述べている。
アレクサンドリア図書館は特定の哲学学校と関係を持っておらず、そこで学ぶ学者たちには相当な学術的自由があったが、王の権威には臣従していた。プトレマイオス2世が姉妹のアルシノエ2世と結婚したことをからかう下品な風刺を書いたソタデス(英語版)という名前の詩人について伝わる、おそらくは疑わしい物語がある。プトレマイオス2世はソタデスを投獄し、彼が逃亡した後には彼を鉛の瓶に閉じ込め、海に捨てたと言う。宗教的中心としてのムセイオンはエピスタテス(epistates)として知られるミューズの神官によって差配された。この神官は各地のエジプトの神殿(英語版)を経営していた神官と同じように王によって任命されていた。アレクサンドリア図書館それ自体は図書館長を務める学者によって差配され、その人物は同様に王子の家庭教師も務めた。
記録に残る初代の図書館長はエフェソスのゼノドトス(英語版)(前325年頃生-前270年頃死)である。ゼノドトスの主たる研究はホメロスの叙事詩と初期のギリシア抒情詩の校訂であった。彼についての情報の大部分は、特定の文節について彼が推奨する読み方に言及する後世の注釈から得られるものである。ゼノドトスは整理法としてアルファベット順を採用した最初の人物として知られ、アルファベット順に整理された奇語と非常用的な単語の語彙集を作成した。アレクサンドリア図書館の蔵書は非常に早い時期から著者の頭文字のアルファベット順に整理されていたとみられることから、カッソンはゼノドトスがこの整理法を作った人物である可能性が極めて高いと結論付けている。ただし、ゼノドトスのアルファベット順整理法は単語の最初の頭文字のみを使用していた。
その間、アレクサンドリア図書館の他の学者たちもまた科学的問題への興味を見せていた。エラトステネスの同時代人であるタナグラのバッキオス(英語版)はヒポクラテス全集(英語版)の医学的著作に編集と注釈を行っている。医師ヘロフィロス(前335年頃生-前280年頃死)とエラシストラトス(前304年頃生-前250年頃死)は人体解剖学を研究したが、人体の解剖を不道徳とみなす抗議によってこれは阻まれた。
ガレノスによれば、この頃プトレマイオス3世はアテナイにアイスキュロス、ソフォクレス、そしてエウリピデスの原本の貸し出し許可を要請した。アテナイはこれに対して返却を確実にするために15タラントン(1,000キログラム)の貴金属という巨額の保証金を要求した。プトレマイオス3世はオリジナルをアレクサンドリア図書館に保管し、最高品質のパピルス紙で高価な写本を作成してそれをアテナイに送り、アテナイ人に対して、これで彼らの知恵を保管することができると伝えた。この物語はプトレマイオス朝時代のアテナイに対するアレクサンドリアの力を示すものと誤解釈されるかもしれないが、この話はアレクサンドリアが本土とファロス島の間にある東西両方向の貿易に適した港であり、設立以来、国際的な貿易ハブとしてパピルスと書籍の主要な生産地となったという事実からきている。アレクサンドリア図書館の拡張に伴い、集めた巻物を保管するスペースがなくなったため、プトレマイオス3世の治世中に、王宮そばにあったグレコ・エジプトの習合神セラピスの神殿セラペウム(英語版)に姉妹館が開かれた。これは王宮そばにあった。
そうした多数の学者の中にはホメロスの叙事詩の標準版となる校訂を行ったエフェソスのゼノドトス(英語版)、世界初の図書目録とも考えられる『ピナケス(英語版)』を書いたカリマコス、叙事詩『アルゴナウティカ』を書いたロドスのアポロニオス、地球の円周(英語版)を数百キロメートル程度の誤差で計算したキュレネのエラトステネス、ギリシア語の発音記号(英語版)体系を開発し、詩の文章を初めて行ごとに分割したビュザンティオンのアリストファネス(英語版)、そして広範な注解と共にホメロスの叙事詩の決定的な版を作成したサモトラケのアリスタルコスなどがいる。プトレマイオス2世の治世中、この図書館の姉妹館がセラペウム(英語版)に建設された。これはギリシアとエジプトの習合神セラピス(サラピス)の神殿である。
この図書館が焼かれて破壊されたという物語は広く知られているが、実際にはこの図書館は数世紀の間に徐々に衰退の道を辿った。プトレマイオス8世治世中の前145年の知識人たちの追放と共に衰退が始まった。この時の追放の結果、図書館長であったサモトラケのアリスタルコスは職を辞し、キプロス島へ亡命した。ディオニュシオス・トラクスとアテナイのアポロドロスを含む他の多くの学者たちは別の都市へ逃亡し、その地で講義と指導を続けた。この図書館(あるいはその蔵書の一部)は、ローマの内戦中の前48年にユリウス・カエサルが放った火によって意図せず焼失した。
サモトラケのアリスタルコス(在任:前175年-前145年)
キュダス(在任:前145年-前116年?)
この一覧はほぼ定説となっているが、実際に明確に「図書館長」という公的な役職が存在したことを証言する記録は、ビザンツ時代のツェツェスがエラトステネスを「書物の番人/本の管理者(bibliophylax)」であったとするもののみで、実際にそのような役職があったのかどうか、またその職権がどのようなものであったのかについて確実なことはわかっていない。また、図書館創建の着想を出したとされるファレロンのデメトリオス(英語版)がこの一覧にいないことについて、エル=アバディはデメトリオスの時代には未だ「公式の図書館長職」が無く、彼の地位は図書館自体の創設計画を遂行するためにプトレマイオス1世が与えた特別なものであり、後の図書館長職とは異なるものであったという見解を出している。
ローマ帝国時代にアレクサンドリア図書館で研究や勉強をしていた学者はプトレマイオス朝時代に比べてあまり良く知られていない。最終的に「アレクサンドリア人」という用語自体が「テキスト編集者」「校訂者」そして「古い学者たちの業績を統合し注釈をつける人」を意味するようになった。これは別の言い方をすれば、衒学、単調さ、独創性の欠如を示している。アレクサンドリア図書館と、それを含むムセイオンの双方への言及は、3世紀半ばを過ぎると無くなる。現在知られている限り、ムセイオンの一員である学者への最後の言及は260年代のものである。
272年、アウレリアヌス帝はパルミュラ帝国の女王ゼノビアの軍からアレクサンドリアを奪回するために戦った。この戦いの最中、アウレリアヌス軍はアレクサンドリアの図書館があったブルケイオン地区を破壊した。もしムセイオンと図書館がこの時まだ存在していたならば、同様にこの攻撃によって破壊されたことはほぼ確実である。万が一この攻撃の後もムセイオンと図書館が生き残っていたとしても、その後のディオクレティアヌス帝による297年のアレクサンドリア包囲において破壊されたであろう。