Le service de la recherche prépare, en liaison avec les directions d'administration centrale concernées et en cohérence avec les objectifs des politiques menées par le ministère dans ses champs de compétence, les orientations qui contribuent à la définition de la politique nationale de recherche et d'innovation dans les champs de compétence du ministère.
 Il contribue à l'exercice de la tutelle des organismes du champ de compétence du ministère ayant une activité de recherche en définissant leurs orientations scientifiques.
 Le service de la recherche est organisé en missions dont chacune couvre un champ thématique défini :
 ― mission risques - environnement - santé ;
 ― mission changement global et observation de la Terre ;
 ― mission biodiversité et gestion durable des milieux ;
 ― mission transports ;
 ― mission génie civil et construction ;
 ― mission urbanisme, territoires et société.
 Chaque mission est constituée d'experts scientifiques et de chargés de mission, et est placée sous l'autorité d'un chef de mission.