Основные направления научной деятельности Университета ИТМО - IT-технологии, фотонные и оптические системы и технологии, новые материалы и нанотехнологии, биотехнология, прецизионная техника и сенсорика. Университет ИТМО поддерживает связи с государственными и бизнес-структурами, заинтересованными в новейших разработках в разных областях.
При Университете ИТМО функционирует МНИИ "Биоинженерия", в котором ведутся успешные разработки в области медицины, фармакологии, сельского хозяйства, экологии.