Este setor é um dos mais estratégicos para o país. As pesquisas são voltadas para diversas culturas, como café, frutos tropicais e citricultura, e englobam soluções para irrigação, uso de produtos semioquímicos na agricultura e a fixação biológica de nitrogênio. As inovações desenvolvidas abrangem ainda o controle das intoxicações por plantas, etmologia molecular e controle de insetos e pragas. Com relação à pecuária brasileira, é trabalhada a qualidade genética-sanitária, além de diversos projetos em ciência animal.

Todos os programas contribuem com o aprimoramento do setor no país, estimulam as pesquisas aplicadas e aceleram o processo de difusão da tecnologia aos agricultores. Também oferecem serviços de alta qualidade a empresas e clientes que queiram avaliar sistemas e produtos brasileiros.  O objetivo das pesquisas no setor agrário é desenvolver know-how tecnológico por meio da agregação de recursos humanos especializados nas diferentes áreas de estudos em ciência e tecnologia relacionadas ao setor, de diferentes instituições de ensino e pesquisa.

Os trabalhos de pesquisa relacionados ao setor de energia visam promover ações integradas e cooperadas para o desenvolvimento de ciência, tecnologia e inovação. Entre as principais áreas estão energia elétrica, hidrogênio e energias renováveis, para as quais são desenvolvidos programas específicos.  O objetivo é desenvolvimento de novas tecnologias para geração, transmissão, distribuição e uso final de energia elétrica, além da economia do hidrogênio, que pode ter uso comercial como combustível nas próximas duas décadas.

Já na área de energias renováveis, o foco está nas fontes de maior potencial para o país, como hidráulica, biomassa, biogás, eólica e solar. A relação entre energia, ambiente e biodiversidade também é abordada pelas pesquisas brasileiras. Parte importante dos estudos têm como prioridade a eficiência energética e a geociência na Amazônia. Outros grandes programas são voltados ao biodiesel, etanol e bioetanol, bem como ao desenvolvimento de reatores nucleares inovadores. Estão igualmente em andamento pesquisas em geofísica do petróleo e em técnicas aplicadas à exploração de petróleo e gás.

Um dos setores que mais cresce em países em desenvolvimento, as inovações em tecnologia da informação são desenvolvidas no Brasil por meio de pesquisas em ciência na web, convergência digital, comunicação sem fio e trabalhos voltados à fotônica para comunicações ópticas. A Engenharia converge com a área de TI em estudos de estruturas inteligentes de engenharia e engenharia de software. Já as pesquisas em engenharia de superfície focam os fenômenos que ocorrem em corpos sólidos e promovem inovações e soluções eficazes em setores tão diversos como o de petróleo e gás, mineração, aeronáutico, automotivo, odontológico e microeletrônico.

No setor de Engenharia e TI há ainda pesquisas em Sistema Embarcado Crítico, ou seja, todo fragmento de um processamento de dados de computação ou eletrônica que faz parte de um sistema maior e realiza uma tarefa específica, como um robô que realiza uma cirurgia ou o controle automatizado de um automóvel. Outros programas englobam refrigeração e termofísica, bem como estudo do espaço, que desenvolve tecnologias espaciais. Elas podem ser utilizadas em monitoramento ambiental e de mudanças climáticas globais, na observação do território nacional e levantamento de recursos naturais, além do controle de tráfego aéreo e das comunicações de governo, por exemplo.

Um dos estudos de destaque deste setor é a matemática brasileira, que desfruta de sólido prestígio internacional, posicionando-se ao lado de países desenvolvidos na classificação por atividade de pesquisa da União Internacional de Matemática, como Bélgica e Holanda. O número de centros competentes nas diversas regiões do país está sendo ampliado substancialmente. A atividade de pesquisa desenvolve aplicações e modelagem computacional, como aquelas ligadas à otimização na exploração de petróleo, modelagem ambiental, modelagem de fenômenos biofísicos e várias outras.

Apesar de recente, a eletrônica orgânica tem mostrado um grande potencial científico e tecnológico em novos dispositivos, com destaque para a eletrônica flexível, a tecnologia de displays e de células solares e o desenvolvimento de novos sensores e biossensores. Alguns dos demais temas da área são sistemas complexos, astrofísica, bioanalítica e tecnologias analíticas avançadas, além de estudos tectônicos, fluidos complexos, fotônica, ótica, e quântica.

A diversidade cultural do Brasil é um dos temas das pesquisas desenvolvidas neste setor.  A partir de uma perspectiva antropológica, diversos projetos visam descrever e retratar as diferentes realidades brasileiras, para contribuir para a elaboração de políticas públicas e sociais e a formação de profissionais. Também são desenvolvidas linhas de pesquisa na área de educação, desenvolvimento econômico e inserção social, bem como a inclusão no ensino superior e na pesquisa.

Outros assuntos incluem temas urbanos, como observatórios e centros de estudos das metrópoles brasileiras e seus problemas. Os grupos de trabalho investigam temáticas relacionadas a desigualdades e à formulação de políticas públicas nas metrópoles contemporâneas. Há ainda os projetos relacionados à violência e democracia. Neste caso, os estudos dizem respeito à qualidade de democracia e governança que pode se desenvolver em um ambiente onde persistem violações de direitos humanos e onde há territórios dominados pelo crime organizado e corrupção sistêmica, entre outras infrações.

O país conta com diversos centros de pesquisa e gestão da biodiversidade, que contribuem para o conhecimento da diversidade biológica brasileira e promovem a sua sustentabilidade. Uma das regiões mais estudadas é a Amazônia. Os pesquisadores desenvolvem diversos trabalhos sobre a biodiversidade amazônica, o uso da terra na região, os serviços ambientais, as madeiras e as adaptações do ecossistema aquático da Amazônia. Também há pesquisas sobre o semiárido do Nordeste do país, sua arqueologia, paleontologia e ambiente, além do estudo de soluções para o processo de salinização dos solos. No Sudeste, há um grupo de trabalho sobre os parasitoides da região.

Uma importante linha de pesquisa no setor de ecologia e meio ambiente no Brasil são as ciências do mar. Entre os temas abordados estão os recursos minerais, água e biodiversidade; os ambientes marinhos tropicais; estudos dos processos oceanográficos integrados e a transferência de materiais continente-oceano, além de estudos de toxicologia aquática. O Brasil também integra a comunidade científica internacional que investiga o papel das geleiras, do manto de gelo e do gelo marinho na Antártica e nos Andes. O país tem projetos, ainda, voltados às mudanças climáticas.

O Brasil conta com o Programa de Nanotecnologia, que tem como objetivo apoiar projetos e atividades de infraestrutura para pesquisa, geração de conhecimentos, produtos e processos micro e nanotecnológicos. Ao todo, são mais de dez institutos de pesquisa na área de nanotecnologia. Eles estão localizados em todo o país e incluem diversas linhas de pesquisa, como nanodispositivos semicondutores; sistemas micro e nanoeletrônicos; nanomateriais de carbono, nanotecnologia para marcadores integrados e materiais em nanotecnologia.

Uma das linhas pesquisas é sobre nanobiotecnologia e aborda a utilização de complexos construídos a partir do acoplamento de drogas, ou biomoléculas, a materiais nanoestruturados para aplicação em saúde humana e veterinária. Já a nanobiofarmacêutica tem como objetivo a extensão e orientação da pesquisa farmacêutica para o desenvolvimento de inovações no setor. Outros trabalhos envolvem a nanotecnologia para pesquisadores envolvidos com engenharia civil e como fator de inovação na indústria têxtil, além de estudos para avaliação de riscos socioambientais de produtos nanotecnológicos.

Um dos programas do país para a saúde visa produzir insumos para a expansão das atividades da indústria brasileira, geração de maior competitividade e maior participação no comércio internacional, aceleração do crescimento econômico e a criação de novos postos de trabalho. Desta forma, são desenvolvidos fármacos e medicamentos, produtos médicos e biomateriais; kits diagnósticos, inovações farmacêuticas e vacinas. Outras inovações consistem em células tronco e terapia celular, fotônica aplicada à biologia celular, medicina assistida por computação científica, medicina molecular e neurociência translacional, entre outras.

Também são realizados trabalhos regionais, como estudos sobre a biomedicina do semiárido brasileiro e sobre saúde e ambiente na região amazônica. Com relação às doenças, uma série de pesquisas objetiva conhecer a fundo cada patologia e estudar maneiras de preveni-la. Entre as linhas desenvolvidas estão doenças tropicais, febres hemorrágicas e virais, dengue, tuberculose, obesidade e diabetes, controle de câncer, doenças genéticas e doenças do papiloma vírus. Há ainda pesquisas em psiquiatria do desenvolvimento para crianças e adolescentes, além de estudos em saúde pública, como para diagnósticos mais eficientes, saúde da mulher e políticas de álcool e drogas.