Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ всегда являлось одним из важнейших направлений деятельности Университета ИТМО. Многие разработки выдающихся ученых и научных коллективов Университета определили в ХХ веке направления развития целых отраслей не только отечественной, но и мировой науки и техники. На основе концепции модульного синтеза (проф. М.М. Русинов) созданы принципиально новые оптические схемы различных наблюдательных приборов, включая сверхширокоугольные объективы для аэрофотосъемки. Фундаментальное открытие проф. Ю.Н. Денисюка (впоследствии – члена-корреспондента РАН) сделало возможным создание трехмерной голографии в отраженном свете. Создание теории компьютерной оптики (проф. С.А. Родионов) привело к разработке систем автоматизированного исследования и проектирования оптических систем. Работы в области теории алгоритмов (проф. С.А. Майоров) позволили создать первые системы автоматизации компьютерного программирования.