अनुसंधान इस प्रमुख और अद्वितीय संस्थान के लिए परिकल्पित लक्ष्यों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। इसका मुख्य उद्देश्य शिक्षाविदों के साथ अनुसंधान और विकास को निर्बाध रूप से एकीकृत करना और संकाय सदस्यों को उनके संबंधित क्षेत्रों में अनुसंधान करने के लिए प्रोत्साहित करना है। आईआईएसटी में अनुसंधान वांतरिक्ष, वैमानिकी, रसायन विज्ञान, पृथ्वी और अंतरिक्ष विज्ञान, मानविकी, गणित और भौतिकी विभागों द्वारा संचालित विभिन्न शैक्षणिक कार्यक्रमों की नींव पर बनाया गया है। हमारे अनुसंधान पोर्टफोलियो का प्रमुख विषय नई प्रौद्योगिकी सृजित करने के लिए अत्याधुनिक विज्ञान का अनुप्रयोग है। संस्थान भविष्य की प्रौद्योगिकियों और अंतरिक्ष अनुसंधान के अनुप्रयोगों को विकासित करने में अनुसंधान के महत्व को पहचानता है। आईआईएसटी अपने सभी संकाय सदस्यों को पीएच.डी कार्यक्रमों के साथ-साथ पोस्ट डॉक्टरेट कार्यक्रमों के तहत युवा विद्वानों का मार्गदर्शन और पर्यवेक्षण करने के लिए प्रोत्साहित करता है। आईआईएसटी आने वाले दिनों में बुनियादी ढाँचे और मानव पूंजी के मामले में क्षमता निर्माण करके अंतरिक्ष क्षेत्र से संबंधित विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्रों में एक वैश्विक नेता बनने की परिकल्पना करता है।

आईआईएसटी में अनुसंधान सिद्धांत और प्रयोगों के क्षेत्र में किया जाता है। संस्थान अत्याधुनिक अनुसंधान गतिविधियों को बढ़ावा देने के लिए सभी विभागों में अत्याधुनिक सुविधाएँ स्थापित कर रहा है। संस्थान का ध्यान विभागों के साथ-साथ इसरो के विभिन्न केंद्रों में मज़बूत अंतर्विषयी और सहयोगात्मक कार्य पर है। यह स्थानीय, राष्ट्रीय और वैश्विक हित की ज़रूरतों को पूरा करके प्रौद्योगिकियों के सृजन को सक्षम करेगा। आईआईएसटी ने अंतर्राष्ट्रीय शैक्षणिक और अनुसंधान संगठनों के साथ अनुसंधान सहयोग और वैज्ञानिक विचारों के आदान-प्रदान की खोज में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। इसमें संस्थान स्तर पर समझौता ज्ञापन (एमओयू) के साथ-साथ संकाय-से-संकाय सहयोग के व्यक्तिगत स्तर पर भी अंतर्राष्ट्रीय सहयोग शामिल है।