La recherche est un des piliers de l’Institut d’Optique. Cette recherche située au meilleur niveau international a vocation à couvrir toutes les thématiques en relation avec l’optique, du plus fondamental au plus appliqué, de l’optique atomique à la biophotonique, de l’information quantique à la nanophotonique,… Les principales forces sont actuellement situées au sein du laboratoire Charles Fabry, unité mixte avec le CNRS et en partenariat avec l'Université de Paris-Sud, sur les campus de Palaiseau et Orsay. Mais une équipe ERIS est également implantée au sein du Laboratoire Hubert Curien de l'Université Jean Monnet de Saint-Etienne, avec un accent mis sur la vision et dans quelques mois sera créé un nouveau laboratoire de l’IOGS à Bordeaux en partenariat avec l’Université de Bordeaux 1 qui développera notamment des nouvelles thématiques à l’interface de la photonique et de la réalité virtuelle et augmentée. L’IOGS est également un acteur de l’Institut de la Lumière Extrême qui a pour but de construire le laser le plus puissant au monde.