अनुसंधान एवं विकास अंतरिक्ष विभाग के मेरुदण्ड रहे हैं। अंतरिक्ष विभाग अपनी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए दशकों से विभिन्न अनुसंधान कार्यक्रमों का आयोजन कर रहा है।
विभिन्न पहलुओं पर अनुसंधान एवं विकास गतिविधियों का विवरण प्रदान करने वाले वेब पृष्ठों के लिंक यहाँ संकलित हैं।

इसके अतिरिक्त, अंतरिक्ष विभाग के विभिन्न केंद्र अनुसंधान एवं विकास गतिविधियों में संलग्न हैं। निम्न पृष्ठ उनकी झलकियाँ प्रस्तुत करते हैं।

यू.आर.एस.सी. बेंगलूरु, अंतरिक्ष खगोल-विज्ञान में विज्ञान, अनुसंधान एवं विकास के प्रति समर्पित है।

अंतरिक्ष भौतिकी प्रयोगशाला ,तिरुवनंतपुरम अनुसंधान विषयों एवं परियोजनाओं के अंतर्गत वायुमंडलीय, अंतरिक्ष एवं ग्रहीय अनुसंधान के प्रति समर्पित है। यह अंतरिक्ष मौसम प्रभाव मॉनिटरन के लिए भारतीय नेटवर्क (आई.एन.एस.डब्यूिक् .आई.एम.) प्रचालित करता है।

आई.आई.आर.एस. भू-सूचना विज्ञान (जी.आई.एस.) तथा भू-प्रेक्षण में अनुसंधान एवं विकास कार्य करता है।

पी.आर.एल. खगोल विज्ञान एवं खगोल भैतिकी, परमाण्विक, आण्विक एवं प्रकाशिक भौतिकी, भू-विज्ञान, ग्रहीय विज्ञान, अंतरिक्ष एवं वायुमंडलीय विज्ञान तथा सैद्धांतिक भौतिकी के क्षेत्रों में अनुसंधान के प्रति समर्पित है।

उत्तर-पूर्वी अंतिरक्ष उपयोग केंद्र (एन.ई.-सैक) अनुप्रयोग मिशन (ई.ओ.ए.एम.), उपग्रह संचार कार्यक्रमों (सैटकॉम), आपदा जोखिम न्यूनीकरण के लिए उत्तर पूर्व क्षेत्रीय नोड (एन.ई.आर.-डी.आर.आर.) के अंतर्गत आपदा प्रबंध सहयोग (डी.एम.एस.) तथा वायुमंडलीय विज्ञान कार्यक्रम एवं इसरो भू-मंडल जैवमंडल कार्यक्रम (आई जी बी पी) के अंतर्गत अंतरिक्ष एवं वायुमंडलीय विज्ञान कार्यक्रमों का समन्वित संचालन करता है।

भारतीय अंतरिक्ष विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी संस्थान (आई आई एस टी) वांतरिक्ष, वायुयानिकी, रसायन शास्त्र, पृथ्वी एवं अंतरिक्ष विज्ञान, मानविकी, गणित एवं भौतिकी में अनुसंधान-कार्यों पर ध्यान केंद्रीत करता है।

राष्ट्रीय वायुमंडलीय अनुसंधान प्रयोगशाला (एन.ए.आर.एल.) वायुमंडलीय एवं अंतरिक्ष विज्ञानों में मौलिक एवं व्यावहारिक अनुसंधान कार्य कर रहा है।