Após a turnê de suporte à Yield, o Pearl Jam fez um pequena pausa, mas se reuniu novamente e, próximo ao fim de 1999, a banda começou a trabalhar em um novo álbum. Em 16 de maio de 2000, a banda lançou seu sexto álbum de estúdio, Binaural, o primeiro com Matt Cameron na bateria. O título é uma referência à técnica de gravação binaural, utilizada em diversas faixas pelo produtor Tchad Blake, conhecido pelo uso da técnica. Binaural foi o primeiro álbum da banda a não ser produzido por Brendan O'Brien, ainda que, depois, ele tenha sido chamado para mixar algumas faixas. Gossard afirmou que os membros da banda estavam "prontos para uma mudança." [Jon Pareles, da Rolling Stone, disse: "Aparentemente tão cansados do grunge como todo mundo, exceto os fãs de Creed, o Pearl Jam mergulhou em outra onda." O álbum contém letras mais sombrias do que Yield — Gossard descreveu-as como "muito sombrias". De Binaural saíram os singles "Nothing as It Seems" — uma das músicas com gravação binaural — e "Light Years". O álbum vendeu pouco mais de 700 mil cópias, se tornando o primeiro álbum de estúdio do grupo a não atingir a certificação de platina.
O Pearl Jam decidiu gravar, profissionalmente, cada um dos shows da turnê de suporte à Binaural, ocorrida em 2000, após notarem a popularidade dos bootlegs e o interesse dos fãs em possuírem uma cópias dos shows em que estiveram. A banda, no passado, estava aberta aos fãs que quisessem fazer gravações amadoras dos shows, e esses "bootlegs oficiais" foram uma tentativa de prover aos fãs um produto de melhor qualidade. A intenção da banda era lançá-los somente para os membros do fã-clube, mas o contrato de gravação do grupo os impedia; o Pearl Jam, então, lançou todos os álbuns em lojas de discos, assim como em seu fã-clube. A banda lançou 72 álbuns ao vivo entre 2000 e 2001, definindo um recorde de mais álbuns a estrearem na Billboard ao mesmo tempo.
A turnê europeia de 2000 terminou de forma trágica, com um acidente no Festival de Roskilde, na Dinamarca. Nove fãs foram pisoteados e sufocados até a morte na plateia. Após numerosos pedidos dos oficiais do Festival para que a banda parasse de tocar, eles pararam e tentaram fazer a multidão se afastar, mas já era tarde demais. As duas datas restantes da turnê foram canceladas e os membros pensaram em se aposentar depois do ocorrido. O Pearl Jam foi, inicialmente, considerado culpado pelo incidente, embora algum tempo depois, tenha se livrado da responsabilidade.
Um mês após a conclusão da turnê europeia, a banda embarcou em uma turnê norte-americana. Em 22 de outubro de 2000 a banda tocou no MGM Grand, em Las Vegas, celebrando o décimo aniversário da primeira apresentação da banda. Vedder aproveitou a oportunidade para agradecer às diversas pessoas que haviam ajudado a banda a ficar junta e chegar aos dez anos, observando que "nunca faria isso aceitando um Grammy ou coisa do tipo." A música "Alive" ficou, propositalmente, de fora de todos os shows dessa turnê até o da noite final, em Seattle; nessa noite, a banda se apresentou por mais de três horas, tocando a maioria de seus sucessos, além de covers como "The Kids Are Alright" e "Baba O'Riley", do The Who. Após o término da turnê de Binaural, o Pearl Jam lançou o Touring Band 2000, no ano seguinte, um DVD com performances selecionadas de shows da turnê norte-americana.
Após os ataques de 11 de setembro de 2001, Vedder e McCready se juntaram à Neil Young para tocarem "Long Road", do EP Merkin Ball, no concerto beneficente America: A Tribute to Heroes, em 21 de setembro de 2001, que levantou fundos para as vítimas do atentado e suas famílias.