Répartie dans 6 unités de recherche rattachées aux organismes de recherche nationaux (CNRS, INSERM), la recherche d'IMT Atlantique est portée en interne par 13 départements d'enseignement et de recherche.
- Huit départements sont situés sur le campus de Brest : Électronique, Informatique, Image et traitement de l'information, Langues et culture internationale, Logique des usages, sciences sociales et sciences de l'information, Micro-ondes, Optique, Signal et communications,
- Quatre sur le campus de Nantes : Automatique productique et informatique, Sciences sociales et de gestion, Systèmes énergétiques et environnement, Physiques subatomiques et technologies,
- Un sur le campus de Rennes : Systèmes réseaux, cybersécurité et droit du numérique.
Positionnée autour de deux grands domaines scientifiques, Physique et ingénierie pour l'énergie et l'environnement et Sciences du numérique pour l'industrie et les services, la recherche d'IMT Atlantique s'appuie également sur les sciences sociales, économiques et de gestion pour répondre aux enjeux sociétaux.