L'Ile-de-France dispose d'un potentiel scientifique et technologique considérable. En 2007, près de 41,3 % des dépenses intérieures de R&D (DIRD) régionalisées de la France étaient réalisés en Ile-de-France, soit 15,8 milliards d'euros, et ces dépenses de recherche représentaient 2,94 % du PIB régional (le ratio DIRD/PIB s'élevant à 2,1 % sur le plan national).

En 2007, la R&D mobilisait en Ile-de-France 142 500 personnes, soit 38,4 % du total régionalisé métropolitain, se répartissant à 59 % dans la recherche privée et 41% dans la recherche publique.

On observe toutefois une tendance longue au rééquilibrage national, à la suite de politiques volontaristes : la part de l'Ile-de-France dans les effectifs de recherche nationaux dépassait les 50% au début des années 1980.

La recherche publique s'effectue en Ile-de-France dans de nombreux établissements :

 - 17 universités, accueillant au total quelque 360 000 étudiants,  - une quinzaine d'instituts nationaux ayant le statut de grand établissement : Collège de France, CNAM, ENSAM, EHESS, EPHE, IEP, Observatoire de Paris, Muséum National d'Histoire Naturelle....

 - les Ecoles Normales Supérieures de la rue d'Ulm et de Cachan,

 - une cinquantaine d'écoles d'ingénieurs, dix d'entre elles étant fédérées au sein de Paris Tech.

 - les organismes de recherche publics (EPST et EPIC), les organismes les plus représentés dans la région étant le CNRS, l'INSERM, l'INRA, l'INRIA et le CEA.

L'université ne concentre en Ile-de-France qu'une faible part des dépenses de recherche (25 % contre 33 % à l'échelle nationale en 2005)  et le poids des organismes publics (EPST, EPIC) est prépondérant dans la région, malgré un rééquilibrage progressif sur le territoire français.

Avec 5,8% des publications, l'Ile-de-France est la deuxième région européenne en terme de publications derrière Londres. Elle se classe au premier rang en chimie, mathématiques, physique et sciences de l'univers, et au deuxième rang en biologie fondamentale et appliquée, en recherche médicale et sciences de l'ingénieur. Enfin, la recherche publique francilienne est très concentrée sur Paris, la proche couronne et le plateau de Saclay. Les villes d'Evry, de Marne-la-Vallée et de Cergy-Pontoise comptent également un nombre important de laboratoires de recherche publique.


Une part importante des activités de R&D privée en Ile-de-France est assurée par de nombreux grands groupes d'envergure internationale. Au sein de l'industrie, la spécialisation de l'Ile-de-France est particulièrement forte dans les secteurs de l'énergie, de l'industrie automobile, de la construction, des services de transports et de communications et de l'industrie pharmaceutique. 

L'Ile-de-France figure en tête des régions européennes en termes de performances technologiques mesurées par la part des dépôts de brevets européens (5,5 % en 2006), et ce plus particulièrement dans trois domaines majeurs : la pharmacie-biotechnologies, l'électronique-électricité et l'instrumentation, mais cette position s'amoindrit progressivement au profit d'autres pôles technologiques européens. 

Les dépenses sont concentrées dans les grandes entreprises de plus de 2000 salariés (69% de la DIRDE contre 62% en moyenne pour la France, et 60% des effectifs contre 52%).  Enfin, les capacités de recherche privée sont fortement polarisées sur deux des huit départements de la région : Yvelines et Hauts-de-Seine, qui concentrent près des deux tiers des effectifs.