Podstawowe dziedziny badań naukowych w Instytucie to teoretyczna, eksperymentalna mechanika materiałów, konstrukcji i płynów, metody obliczeniowe w mechanice, akustoelektronika i zastosowania ultradźwięków w medycynie, fizyka kontinuum, fizyka polimerów, zjawiska elektromagnetyczne, informatyka stosowana, mechatronika i robotyka, inżynieria i budownictwo energooszczędne zorientowane ekologicznie.
W celu skoncentrowania potencjału Instytutu na najbardziej obiecujących i nowatorskich dziedzinach podjęto się tworzenia wysoce wyspecjalizowanych zespołów badawczych, znanych jako Centra Doskonałości. W ramach Piątego, a obecnie także w Szóstym Programie Ramowym Unii Europejskiej działały w Instytucie cztery takie Centra. Ich działalność była finansowana ze źródeł zewnętrznych.
Centrum Doskonałości Nowoczesnych Materiałów i Konstrukcji (AMAS) (2000-2003) zostało stworzone w Instytucie drogą międzynarodowej selekcji w warunkach ostrej konkurencji. Centrum prowadziło działalność w trzech, wzajemnie uzupełniających się dziedzinach: podstawowe badania naukowe na polu techniki, edukacja i szkolenie oraz współpraca z wiodącymi europejskimi ośrodkami badawczymi.
Centrum Doskonałości Systemów Ciśnieniowych o Ekstremalnych Warunkach Pracy (2000-2003) zostało utworzone we współpracy z Wydziałem Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej oraz trzema partnerami przemysłowymi. Celem było rozwiązywanie teoretycznych i praktycznych problemów związanych z instalacjami działającymi w warunkach ekstremalnego, zmiennego ciśnienia oraz temperatury a także w agresywnym środowisku korozyjnym.Centrum Doskonałości Modelowania Stosowanego i Diagnostyki Biomedycznej (ABIOMED) (2002-2005) miało na celu prowadzenie w IPPT interdyscyplinarnych badań obejmujących teoretyczne i stosowane modelowanie oraz projektowanie w nowoczesnej biomechanice i inżynierii biomedycznej. Rozwijana była działalność w trzech, uzupełniających się dziedzinach: badania podstawowe i ukierunkowane na zastosowania, edukacja i szkolenia oraz współpraca z ośrodkami badawczymi i klinicznymi.
Polem działania Centrum Doskonałości Obróbki Laserowej i Nowoczesnych Metod Badania Materiałów (LAPROMAT) (2002-2005) były nowoczesne technologie laserowe: kształtowanie, spawanie oraz obróbka powierzchni, a także nowe techniki badań wytrzymałościowych. Organizowano konferencje, warsztaty oraz seminaria, które zbliżyły badaczy i inżynierów pracujących w przemyśle oraz umożliwiały wymianę informacji o nowoczesnych technologiach laserowych.
Instytut był w latach 2003-2006 koordynatorem Międzynarodowej Sieci Doskonałości:
AMAS-ISN (Nowoczesne Materiały i Kontrukcje: Mikrostruktury, Modelowanie, Niezawodność, Zastosowania) - finansowanej przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Sieć składa się z 4 grup tematycznych: Mikrostruktury Materiałowe, Biomateriały, Układy Inteligentne, Trwałość i Niezawodność. Głównym jej celem jest integracja krajowych i zagranicznych zespołów badawczych zajmujących się tematyką nowoczesnych materiałów i konstrukcji, ze szczególnym uwzględnieniem materiałów wielofunkcyjnych, w celu pogłębiania, tworzenia, rozpowszechniania wiedzy w tym obszarze badań.