Padures pilskalnā arheologa Andreja Vaska vadībā 2003. gadā un 2005.–2007. gadā notika arheoloģiskie izrakumi, kuru laikā tika izpētīta 279 m² liela platība. Pilskalna plakumā tika konstatēts 0,6–1,3 m biezs kultūrslānis. Izrakumos tika atrastas 624 senlietas, 8460 keramikas trauku lauskas, 262 dzelzs ieguves sārņu gabali, kā arī vairāki tūkstoši māla apmetumu gabali, dzīvnieku, putnu un zivju kaulu fragmenti un arī jauno laiku ķieģeļu atlūzas. Tika atsegtas ziemeļu–dienvidu virzienā ejošas aizsardzības sistēmas – palisādes paliekas, kā arī atsevišķu stabu konstrukcijas būvju paliekas, pavardu un krāšņu vietas. Izpētes rezultātā iegūtais materiāls liecina, ka pilskalna apdzīvotībā izšķirami divi posmi. Agrais aptver vēlo bronzas laikmetu un iesniedzās arī senākajā dzelzs laikmetā – 1. gadu tūkstoša p. m. ē. otrajā pusē, bet vēlākais – vidējo un vēlo dzelzs laikmetu. Bez tam 16.–17. gs. pilskalnā atradusies kāda ķieģeļu būve.
Uz agrāko pilskalna apdzīvotības posmu attiecināmi ap 30 akmens, raga un kaula priekšmeti, kā arī vairāk nekā 4400 trauku lauskas no švīkātās, agrās apmestās un gludās keramikas traukiem. Jāatzīmē, ka Padures pilskalnā pirmo reizi Rietumlatvijā atrastas arī tekstilās keramikas lauskas, kas pārsvarā izplatītas Latvijas austrumu daļā. Veikta arī detalizētāka pilskalnā atrasto dzīvnieku kaulu un augu putekšņu analīze, kuru rezultāti parāda veģetācijas izmaiņas.
Uz vēlāko apdzīvotības posmu attiecināmas vismaz trīs pamatzemē iedziļinātu celtņu vietas, četras akmeņu krāvuma krāsnis un trīs māla krāsnis un trīs pavardi. Atradumi pārstāvēti ar darbarīkiem (dzelzs naži, īleni, dzirkles), saimniecības piederumiem (makšķerāķi, vērpjamās vārpstas skriemelis, 45 māla ripu – steļļu atsvaru fragmenti, galodas, ovālais šķiļamakmens), ieročiem (šķēpu un bultu gali). No rotām atrasti galvenokārt tikai fragmenti, piemēram, ažūrās ripas saktas puse. Līdzīgas saktas Somijā datētas ar laiku no 6. gs. beigām līdz 8. gs. sākumam. Šī rota pieskaitāma senākajiem pilskalna vēlā apdzīvotības posma atradumiem. Ar 10. gs. datējams bronzas stopasaktas ar magoņpogaļu galiem pēdas fragments. Vēl atrastas četras pakavsaktas, krustadatas fragments, spirālgredzeni, zoomorfie piekariņi, važiņu sadalītājs, važiņas un jostu rotājumi. Vismaz puse no vēlā posma keramikas bija gludā keramika, kam izplatības ziņā seko apmestā keramika (ap 30 %). Tikai 3,9 % veido agrā ripas keramika. A. Vasks izteicis viedokli, ka Rietumlatvijā, salīdzinot ar Austrumlatviju, plašāk lietoja koka traukus, tādēļ māla trauku lausku skaits pētītajos pilskalnos ir proporcionāli mazāks.
Par tirdznieciskiem sakariem liecina atrastās piecas Rietumeiropas monētas, kas datējamas ar 11. gs. un apmetnē atrastie divi jostas bronzas apkalumi, kuriem netiešas analoģijas sastopamas Sāmsalas un Skandināvijas arheoloģiskajā materiālā.
2003. gadā arheologa Jāņa Asara vadībā pārbaudes izrakumi 41 m2 platībā notika arī pilskalna apmetnē. Šeit tika konstatēts 0,4–1,3 m biezs kultūrslānis un fiksētas vienas pamatzemē iedziļinātas celtnes un māla krāsns paliekas. Spriežot pēc tā, ka virs krāsns tika atrasts gandrīz vesels tīģelis, vairāki bronzas sakusumi un sārņi, kā arī ap 30 tīģeļu fragmenti, pieļaujams, ka celtni izmantojis juvelieris. Apmetnes apdzīvotība saistāma ar pilskalna apdzīvotības vēlāko periodu, jo pārsvarā visi atradumi datējami ar 11.–12. gs.
Pilskalnā un apmetnē nav atrastas senlietas, kuras nepārprotami varētu datēt ar 12. gs. otro pusi vai 13. gs. To, ka pilskalns nav bijis apdzīvots 13. gs. netieši apliecina arī apstāklis, ka 13. gs. kuršu zemju dalīšanas dokumentos nav tādu apdzīvoto vietu nosaukumu, kurus droši varētu attiecināt uz Padures pilskalnu.
Agrajā apdzīvotības posmā pilskalns pieskaitāms švīkātās keramikas kultūras lokam, bet vēlajā apdzīvotības posmā tā iedzīvotājus var identificēt ar atsevišķu Baltijas jūras somu grupu, iespējams, ar Indriķa Livonijas hronikā (Henrici Cronicon Lyvoniae, 1225–1227) pieminētajiem vendiem.
Pagaidām pilskalna tiešā tuvumā nav zināmi nevieni senkapi. Nešķiet ticami, ka pilskalna iemītnieki varētu būt apbedīti vairāk nekā 4 km attālajos Ābelnieku senkapos vai vairāk nekā 2 km attālumā esošajos iespējamos senkapos pie Padures skolas.