研究所共有14个科技创新单元。拥有“轻型涡轮动力”和“煤炭高效低碳利用”两个全国重点实验室;“能源有序转化”和“先进航行器界面输运理论与调控方法”两个基础科学中心;牵头建设“高效低碳燃气轮机试验装置”“吸气式发动机关键部件热物理试验装置”两个国家重大科技基础设施。2025年,研究所新争取压缩空气储能和无人机反制技术2个北京市重点实验室;承担国家重点研发计划、国家两机专项、国家重大科技基础设施、先导专项等国家科技创新任务450余项;新增国家重大专项、重点研发计划、先导专项等169余项。全年到位经费超21亿元,再上新台阶。
2025年11月,中国科学院大学决定成立星际航行学院。该学院由中国科学院工程热物理研究所牵头,与中国科学院空间应用工程与技术中心、微小卫星创新研究院、国家空间科学中心、空天信息创新研究院等单位协同共建。学院将聚焦星际推进、深空通信导航、空间科学等前沿领域,涵盖星际动力与推进原理、星际航行环境感知与利用、行星动力学与宜居性、星际社会学与治理等前沿方向,培育兼具扎实功底、战略视野与家国担当的紧缺复合型人才。