Etablissement public à caractère industriel et commercial (EPIC), le CNES propose aux pouvoirs publics la politique spatiale de la France et la met en œuvre dans 5 grands domaines stratégiques : Ariane, les Sciences, l’Observation, les Télécommunications et la Défense. Le Centre spatial de Toulouse a principalement en charge la conception des systèmes orbitaux. Il entretient des relations très étroites avec l’industrie spatiale, les laboratoires scientifiques et  ses partenaires internationaux.

L’Institut d’Electronique et des Systèmes (IES) UMR 5214 Université de Montpellier – CNRS est spécialiste des composants et systèmes dans les domaines de l'électronique, de la photonique, de l'énergie, de la thermique et de l'acoustique. Il apporte des solutions scientifiques et technologiques pour l'observation, la mesure et l'analyse des phénomènes physiques.
Il bénéficie d’une reconnaissance à l’état de l’art mondial sur quatre thèmes forts : l’Infrarouge, la Fiabilité, les Capteurs et le TéraHertz.

L’institut de recherche technologique (IRT) Saint Exupéry, labellisé dans le cadre du plan d’investissement d’avenir, associe partenaires publics et privés pour des projets de recherche qui requièrent des compétences de haut niveau. Cet environnement collaboratif intégré permet l’étude de technologies innovantes répondant aux attentes de l’industrie aéronautique et spatiale dans 3 domaines: les matériaux multifonctionnels à haute performance, l’aéronef plus électrique et les systèmes embarqués.

L’ISAE-Supaero institut de recherche et formation en sciences pour l’ingénieur-aérospatial rassemble plus d’une centaine d’enseignant-chercheur et mène des activités de formation et recherche multidisciplinaire. L’ISAE-Supaero forme des Ingénieurs généralistes et des experts en Systèmes Aéronautiques et Spatiaux. L’excellence de ses formations se  complète par la recherche dans des domaines scientifiques et problématiques originales au croisement de disciplines et thématiques de l’aérospatiale.

Le Laboratoire Charles Coulomb rassemble une centaine de chercheurs/enseignants chercheurs autour de recherches pluridisciplinaires centrées sur les matériaux émergents à fort potentiel de rupture dans les secteurs aux interfaces avec la Chimie, Sciences du Vivant, Médecine, communications et traitement des données. Cet effort s’appuie sur une large palette de savoir-faire spécifique, en particulier en instrumentation optique avancée sur un large spectre depuis l’UV jusqu’au THz.

Le Laboratoire de Chimie de Coordination est un laboratoire propre du CNRS dont l’activité de recherche se concentre sur la conception et la caractérisation de molécules ou d’édifices polyatomiques originaux, souvent aux interfaces de la chimie de coordination avec les matériaux ou la biologie. La conception et l’étude de nouveaux systèmes moléculaires à propriétés optiques, photophysiques et photochimiques originales se situent au cœur des activités de plusieurs équipes du laboratoire.

Le LCAR est un laboratoire mixte CNRS/Université Toulouse III Paul Sabatier qui mène des recherches  fondamentales expérimentales et théoriques dans les domaines de l’optique laser et de la physique atomique et moléculaire. Elles portent en particulier sur les processus dynamiques induits dans les atomes, les ions, les molécules et les agrégats par collisions ou par laser. Le LCAR est membre de l’Institut de Recherches sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC).

Le Laboratoire LAPLACE représente aujourd’hui la quasi-totalité des forces de recherche du site Toulousain dans le domaine du génie électrique et des plasmas de décharges. Le groupe de recherche "Lumière et Matière" du LAPLACE travaille sur la production et l’utilisation de la lumière avec une vision holistique du système. Celui-ci cherche à comprendre le fonctionnement d’un système complexe à différentes échelles,ses composants et leurs interactions, afin de l'optimiser en fonction des usages.

Le Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses de Toulouse est une infrastructure d’accueil pour des expériences en champs magnétiques pulsés. En plus de la recherche propre qui y est effectuée, nous recevons des chercheurs de toutes nationalités, dont les projets sont sélectionnés par un comité international. Il se compose d’environ 50 personnes : 15 chercheurs, 25 ingénieurs, techniciens et administratifs et 15 stagiaires, thésards et post-doctorants.
 

Le domaine des nanotechnologies et des nanosciences est porteur d’innovations futures qui vont progressivement bouleverser notre environnement et notre société, notamment dans les technologies de l’information et de la communication et dans le domaine du biomédical. Le Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (75 chercheurs, 6 équipes) étudie les nanoparticules semi-conductrices ou métalliques, les cristaux bidimensionnels et nanotubes, et plus récemment les biomolécules et brins d’ADN.

Le Département Optique et Techniques Associées de l'ONERA réalise des études et recherches liées à l’utilisation du domaine optique, au profit du domaine Aéronautique, Espace et Défense, ayant également des retombées pour des domaines comme la sécurité, l’environnement, l’astronomie, et l’imagerie médicale ; en amont des industriels et au service des grands donneurs d’ordre et agences. Il a la maîtrise de l’ensemble de la chaîne optique de l'observable à l'observateur.

Le pôle de compétitivité OPTITEC est  moteur de la filière photonique et imagerie dans le grand arc Sud de la France et fédère plus de 220 membres (entreprises, organismes de recherche et partenaires académiques de référence). Véritable moteur dans l’impulsion de projets, OPTITEC couvre l’ensemble de la chaîne de valeur avec pour but premier la transformation de la R&D en débouchés économiques et industriels pour les entreprises.

PROMES est une Unité Propre du CNRS conventionnée avec l’université de Perpignan via Domitia (UPVD). Le laboratoire rassemble 150 personnes du CNRS et de l’UPVD autour d’un sujet fédérateur, l’énergie solaire et sa valorisation sur tous les plans. L’une de ses missions originales est de développer des recherches avec les grandes installations à concentration françaises du CNRS à Font Romeu (Fours solaires) et du Conseil Général des Pyrénées Orientales à Targasonne (Tour solaire de Thémis).