A la Faculté Polytechnique, la recherche appliquée couvre à la fois l'innovation et l'implémentation industrielle. Elle s'effectue souvent sous forme de partenariats de recherche avec d'autres universités, des centres de recherche ou des entreprises, que ce soit au niveau régional, européen ou international. Elle peut se concrétiser à la fois par des publications, brevets, accords de licence, ou par la création de spin-offs.
La FPMs a accentué l'approche multidisciplinaire de certaines thématiques de recherche en les structurant en pôles de recherche multidisciplinaires. L'objectif visé est de mettre les activités de recherche en phase avec les nouveaux besoins du monde industriel, de créer des synergies au sein des équipes de chercheurs de l'université et des entreprises et enfin, d'augmenter la réactivité de l'université face aux challenges technologiques du monde de demain. Ces pôles de recherche, dont certains sont encore fort récents, sont actuellement :
Grâce à des investissements très importants dans le domaine de la recherche, l'université a également contribué à la création de plusieurs centres de recherche localisés près de ses propres implantations, notamment Multitel (spécialisé en télécommunications, traitement de la parole et du signal), Materia Nova (spécialisé en nouveaux matériaux organiques), INISMA (spécialisé en matériaux inorganiques) et CETIC (spécialisé en ingéniérie logiciel et systèmes électroniques).