Pilskalna izpēte 1863. gadā, pilskalna priekšpilī ierīkojot muižas ābeļdārzu, nejauši tika atrasts divasmeņu zobena roktura daļas fragments, kas arī pamudināja uzsākt arheoloģiskos pētījumus. Turpat tika atrasts arī lāča zobs, kas apkalts ar bronzu un rotāts ar trapecveida piekariņiem.
Pirmie nelielie arheoloģiskie izrakumi Kalnamuižā notika 08.1865. skolotāja Edmunda Krīgera vadībā (rokot Tērvetes otrajā priekšpilī, pilsdrupu rietumu nogāzē). Precīza izrakumu vieta nav zināma. Tika atrastas 17 senlietas.
Nākamie izpētes darbi notikuši 14.04.1866. – Cukurkalnā un Zviedrukalnā. Tos organizēja Augusts Bīlenšteins (August Bielenstein) – toreizējais Jaunauces draudzes mācītājs. A. Bīlenšteins Tērvetes pilskalnā ar izpētes darbiem atgriezās 08.08.1892. kopā ar Rihardu Hausmani. Arheoloģisko izrakumu laikā tika atrastas astoņas naglas, nazis un bronzas pakavsaktas sagatave.
Ievērojami arheoloģiskie pētījumi norisinājās 20. gs. 50. gados. 1951. gadā Emīlijas Brīvkalnes vadībā tika uzsākti arheoloģiskie izpētes darbi visā Tērvetes arheoloģiskajā kompleksā un turpinājās vairākus gadus. 1954. gadā viņas vadībā tika sākta arheoloģiskā izpēte tieši Tērvetes pilskalna plakumā. Tas tika sadalīts divās līdzīgās daļās, nospraužot 46 metrus garu līniju dienvidrietumu virzienā no vaļņa. Ziemeļu daļā tika iemērīti trīs laukumi. Kopējā izpētīto laukumu platība sasniedza 665 m² (laukums A – 171 m², B – 380 m², C – 114 m²). B laukums ietvēra piltuvveidīgu bedri – 12 m diametrā. Arheoloģiskās izpētes laikā pilskalnam konstatēti seši kultūrslāņi, kuru kopējais biezums atsevišķās vietās sasniedza 7,5 m.
1. gt. p. m. ē. nocietinātas apmetnes izveidošanai, izvēlēts Tērvetes pilskalns ar dabiski veidotām stāvām nogāzēm (40°–50°). Tā dienvidu nogāzi norobežo Tērvetes upīte. Pilskalna nogāze paplašināta ar gaišas smilts un izdedžu (ogļu) sajaukumu. Pirms nocietinājumu izveidošanas, pilskalns ticis nodedzināts, tādējādi atbrīvojoties no meža un krūmājiem. No augiem atbrīvotā zeme izmantota pilskalna paplašināšanai. Plakuma paaugstināšanai lietota mālaina zeme, kuras uzbērums sasniedzis aptuveni 0,5 metru biezumu, nogāzes paplašinātas par 0,4–0,75 metriem. Jāatzīst, ka senākajā – 6. slānī – nocietinājuma un aizsardzības konstrukcijas saglabājušās vāji. Tas saistīts ar pilskalna intensīvu paplašināšanu un nocietināšanu turpmākajos gadsimtos. Fiksētas divu, paralēlu stabu vietas 25 cm attālumā viena no otras, starp kurām bijusi guļkoku siena. Iespējams, aizsargsiena bijusi klāta ar māla kārtu. Vai tā bijusi dubulta, vai viena – nav nosakāms. Pārvietojot augsni un zemes masas, tika iznīcinātas senākās liecības par apbūvi.
Uz mūsu ēras sākumu attiecināms 5. slānis, kurā atrastie apbūves degušie koka fragmenti nogrūsti uz pilskalna nogāzēm, paplašinot pilskalna plakumu. Celtņu paliekas nav saglabājušās. Degošu koku fragmenti tā sajaukti ar mītņu zemi un māliem (0,2–0,25 m biezumā), ka celtņu izmērus un formu nav iespējams noteikt. 5. slānī gar plakuma malu, kas ir paplašināta par diviem metriem, 13 m garumā konstatētas 23 stabu vietas (stabu bedru izmēri – 60–70 cm), kas nostiprinātas ar akmeņiem. Starp stabiem atradusies guļkoku aizsargsiena ar māla apmetumu, kuras fragmenti atrasti nogāzē, un plakuma malā. Kāda precīzi bijusi aizsargkonstrukcija – nav iespējams noteikt.
10.–11. gs. Tērvetes pilskalna ziemeļu nogāzē veidota ap 8 m plata mākslīgi uzbērta terase, kas atradusies 1–2 m zemāk par pilskalna plakumu. Pilskalna plakumu aizsargājusi guļbaļķu siena, kuru balstījuši ierakti stabi. Otra aizsarglīnija atradusies pilskalna ārmalā un sastāvējusi no divām paralēlām guļbaļķu sienām ar šķērssienām un torņveida izbūvēm. Atsevišķas aizsargbūves telpas bijušas apkurināmas. Celtnes pilskalnā atradušās plakumā un uz terases starp abām aizsardzības līnijām. Arheoloģisko izrakumu laikā pilskalna izpētītajā plakuma daļā konstatētas 10 celtņu vietas, no kurām divām tika noteikti izmēri – 4,3 x 3,7 un 6,5 x 4,3 m. Savukārt, divām dzīvojamām ēkām fiksēts māla klons un ar mālu apmestas sienas. Dažām dzīvojamām ēkām zem grīdas ierīkoti pagrabi pārtikai. No saimniecības ēkām Tērvetes pilskalnā konstatētas – klētis, graudu maltuves, slieteņi (vārāmie namiņi), kā arī amatnieku darbnīcas. Ēkas apkurinātas ar akmens vai māla kleķa krāsnīm. 13. gs. otrajā pusē Tērvetes pilskalnā konstatēta ar mālu mūrēta akmens un ķieģeļu krāsns.
11.–13. gs. pilskalna austrumu daļā izveidota priekšpils, kuras platība aizņem 2900 m². 13. gs. priekšpils nogāzes nostiprinātas ar nelielu valni, uz kura atradušās guļbūvē celtas aizsargsienas. Priekšpils plakumā atradušās dzīvojamās un saimniecības ēkas, no kurām divām ēkām fiksēti izmēri – 6 x 4 un 5 x 6 m. Spriežot pēc informācijas rakstītajos avotos, priekšpili nodedzināja paši zemgaļi 13. gs. beigās (1280. gadā), aizsargājot Tērvetes pili pret Livonijas ordeņa karaspēku. Pēc tā priekšpils aizsargbūves vairs netika atjaunotas.
Pilskalnā atrastas 3966 senlietu un vairāki tūkstoši keramikas lausku. Starp senlietām ir ievērojams skaits rotu, sadzīves priekšmetu un ieroču. Tas ir ievērojams zemgaļu materiālās kultūras izpētes objekts, ar daudziem unikāliem priekšmetiem.

Dzelzs kokapstrādes rīki. Mežotnes un Tērvetes pilskalns, 12.–13. gs.
Fotogrāfs Roberts Kaniņš. Avots: Latvijas Nacionālais vēstures muzejs.