生物质能学科设4个研究方向：资源及能源作物、生物质热化学利用、燃料合成、固体废弃物能，主要研究内容如下：
资源及能源作物：能源作物筛选评价、能源作物培育改良、特种能源作物（高产油作物、高糖份作物、速生型作物、高产藻类）的开发利用，能源作物利用过程环境与生态影响评估、生物质资源分布及特性、生物质能利用过程碳、氢、氧循环过程的系统模拟与计算。
生物质热化学利用：生物质气化与燃烧、生物质气化发电、生物质热解液化、生物质高能转化（等离子体、超临界等）。
燃料合成：生物质化学合成液体燃料、生物质生物合成液体燃料、生物质柴油改性及利用、生物质热解油的改性及提质、生物质气化制氢。
固体废弃物能：RDF的研究及技术开发、生活垃圾热解焚烧、特种垃圾的热解焚烧、固体废弃物处理过程机理研究及污染控制、固体废弃物处理成套设备及系统开发。
根据研究所的研究性质的定位及研究方向的总体布局，创新三期本所组建了6个研究中心，其中生物质能研究中心下面设有生物质资源开发、（生物质）热化学转化及发电、生物质合成燃料、固体废弃物能利用等四个团队，另有生物质能工程中心主要负责应用开发。
