Au nombre de onze, les directions de recherche, dont l'activité est régulièrement évaluée par le conseil scientifique, regroupent l'ensemble des compétences scientifiques et moyens techniques afférents à un champ disciplinaire cohérent. Chargées de l'exécution des travaux de recherche et développement, elles sont garantes du niveau scientifique et de la qualité des résultats et, également, responsables du respect des grands équilibres entre recherche de base et recherche appliquée, entre approche expérimentale et modélisation, entre effort interne et collaborations extérieures.
Ainsi, en concertation permanente avec les milieux scientifique, technique, universitaire et industriel, tant nationaux qu'internationaux, l'IFP conduit ses travaux dans le cadre de partenariats multiples et diversifiés. En participant à ces projets, l'IFP contribue à faire avancer la recherche pour lutter contre le changement climatique.