La sous-direction de l'innovation est chargée de mener une politique en faveur de l'innovation, tant technologique qu'en matière de nouveaux services, dans les champs de compétence du ministère et de promouvoir la compétitivité écologique.
 Elle assure la coordination avec les actions de recherche et d'innovation menées par d'autres directions, notamment dans les domaines de l'énergie et de l'aéronautique, ainsi que par les agences de financement de la recherche et de l'innovation et par les pôles de compétitivité dans les champs de compétence du ministère.
 Elle est également chargée d'assurer le lien avec les programmes européens de recherche.
 Elle assiste les secrétaires permanents des programmes interministériels de recherche et d'innovation coordonnés par le ministère dans l'exercice de leurs fonctions. 
 Elle contribue à la définition et à la mise en œuvre des choix stratégiques relatifs aux applications satellitaires.
 Elle comprend :
 ― le bureau des éco-technologies et de la compétitivité ;
 ― le bureau des grands programmes ;
 ― la mission des applications satellitaires.