中国科学院光电研究院成立于2003年，是隶属于中国科学院的国立研究机构。主要科研单元有：光电系统工程研究部、对地观测技术应用研究部、气球飞行器研究中心、导航专项总体部总体技术室、空间系统总体技术研究室等部门。中国科学院导航专项总体部、中国科学院02专项光刻机关键部件研发任务(国家重大科技专项)管理办公室、上海微小卫星工程中心北京分部依托光电研究院建立。
光电系统工程研究部，以我国国民经济发展、国家重大科学工程和国防建设等需求为牵引，面向光电科技发展前沿和光电子高技术产业化，重点开展现代激光与光电技术的应用基础、工程技术研究和开发，主要从事计算光学成像、投影光刻、新型激光显示、半导体泵浦激光及应用技术、光电导航与测控、光电精密测量等领域的研究工作，涵盖了光学设计及成像技术、机械结构、电子学与控制技术、先进激光技术、光度色度技术、光电精密仪器及测量技术、光学检测技术、信号与图像处理技术等多个研究方向。目前承担了多项国家863、973、自然科学基金、中国科学院、部委重大重点项目及企业委托开发项目。
对地观测技术应用研究部，主要围绕航天航空对地观测技术的发展，开展面向应用的系统工程技术研究，促进工程技术与应用之间的有机结合;围绕对地观测信息定量化、精准化应用需求、以及不断发展的科学对地观测研究的需求，开展对地观测系统数据质量监测与评价技术研究、新型遥感器机理与应用新技术研究，提高对地观测任务产出的适用性和可靠性。。目前主要开展对地观测应用系统总体技术、时空数据集成与智能分析、对地观测数据实时处理、载荷成像质量评价、载荷综合验证技术、定标与真实性检验、主被动遥感多维成像处理与应用、高光谱图像数据处理与应用、先进红外载荷数据处理与应用、强度关联新体制成像技术等方面的研究，承担国家863、自然科学基金等科研任务数十项。
中国科学院导航专项总体部，是中国科学院为组织好院内力量承担国家导航领域内的任务而专门建立的导航任务总体设计与管理机构，负责组织中科院在导航领域的研究力量承担国家卫星系统导航建设和应用方面的任务，并具体承担相关任务的总体设计和部分关键技术的研究工作。在卫星导航总体设计与仿真、卫星导航误差综合修正、导航终端技术、组合导航技术、多源信息融合技术、卫星导航增强技术等方面承担了一批国家项目。
气球飞行器研究中心，是集中国科学院科学院相关科技力量由高能物理研究所与光电研究院共建的研发机构，致力于高空气球、系留气球、飞艇等浮空飞行器和空间充气展开结构的研究与开发，是我国高空平流层气球、系留气球的开拓和领航者，为我国的国防、社会安全和科学技术试验提供自主创新的技术平台。在浮空飞行器总体设计、刚柔结构CAD/CAE、飞行控制系统设计和仿真、动力推进、综合电子学、充气结构加工工艺、系统集成、发放与回收技术、大气环境利用、飞行热力学、囊体材料应用、专用设备研制等方面积累深厚的技术基础。目前承担多项国家任务。
空间系统总体技术研究室，围绕国家重大需求，瞄准空间科技发展前沿，组织开展空间系统总体设计、系统集成和关键技术攻关，是中国科学院负责空间重大任务战略规划、工程实施管理、系统集成和运行管理等的总体机构，目前承担了国家863、973和中国科学院知识创新等方面的多项研究工作。主要研究领域包括空间任务总体设计与仿真、空间任务运控管理、空间飞行器动力学(轨道、姿态动力学)、光电有效载荷集成与测试技术、高性能/高可靠的空间/地面综合电子学系统、结构/机构设计、热分析和热设计等方面，涉及飞行器设计、计算机科学与技术、光学工程、激光技术、自动控制、电子科学与技术、机械工程等多个领域。
