Rețeaua de cercetare a Academiei Române este alcătuită din 70 de institute și centre de cercetare, aflate sub coordonarea secțiilor științifice, și acoperă întreg teritoriul țării, de la București, la Cluj-Napoca, Iași, Timișoara, Craiova, Sibiu, Târgu Mureș. Institutele Academiei Române asigură direcția de cercetare fundamentală din România, dezvoltată în cadrul unor ample proiecte, pe lungi perioade de timp, implicând generații de cercetători.

Unele dintre aceste institute au o tradiție centenară, cum este, spre exemplu, Institutul de Studii Sud-Est Europene, fondat în 1914 de Nicolae Iorga, Gheorghe Murgoci și Vasile Pârvan, inițiativă care a condus la nașterea unui domeniu de cercetare în Europa și a stârnit interesul și pe continentele american și asiatic. Din aceeași perioadă datează importante institute clujene ale Academiei Române, întemeiate imediat după Marea Unire de la 1918, la inițiativa Regelui Ferdinand, ca gest de politică culturală unificatoare: Institutul de Istorie „George Bariţiu“, Institutul de Lingvistică și Istorie Literară „Sextil Pușcariu“, Arhiva de Folclor, Institutul de Arheologie și Istoria Artei.

Un număr semnificativ de institute au fost înființate imediat după 1948, dezvoltând programe de cercetare în domenii umaniste precum istoria, lingvistica, literatura, artele plastice, și în științele tari: chimie, biologie, biochimie, matematică, astronomie. Un caz aparte îl constituie Institutul de Biologie și Patologie Celulară, fondat în 1979 la București, în plin regim comunist, din inițiativa lui George Emil Palade, laureat al Premiului Nobel în 1974 și profesor în Statele Unite ale Americii. Acesta a obținut un grant din partea statului american și a încredințat proiectul cercetătorilor români Maya și Nicolae Simionescu. Astăzi institutul se înscrie în restrânsa familie a institutelor de recunoscute de Uniunea Europeană ca unități de excelență în cercetare.
Imediat după momentul istoric din decembrie 1989, au fost înființate institute de cercetare care vizează cu deosebire domeniile prohibite sub regimul dictatorial comunist: economie, sociologie, filosofie, psihologie, istoria religiilor. În aceeași perioadă au fost puse bazele celor două institute de tehnologia informației: Institutul de Cercetări pentru Inteligenţă Artificială din Bucureşti și Institutul de Informatică Teoretică din Iaşi.

Cercetarea științifică în Academia Română este organizată în cadrul unor programe fundamentale, majoritatea decurgând din însăși misiunea instituției și fiind stabilite chiar din momentul înființării ei în 1866. Lor li se adaugă permanent programe și proiecte noi, dezvoltate în institutele și centrele de cercetare ale Academiei, care contribuie la dezvoltarea ştiinţei, literelor şi artelor în ţară.