学校以国家重大战略需求为先导，强化基础性、前瞻性和战略高技术研究，引导和支持创新要素向关键瓶颈技术汇聚、与产学研用深度融合，打造顶级创新平台和一流科研团队，科研总量不断扩大，科研经费人均位居全国高校第一。截止2017年10月，有1个国家实验室——航空科学与技术国家实验室（筹），9个国家级重点实验室（含4个国防科技重点实验室），4个国家级工程研究中心，66个省部级重点实验室；有6个国家自然科学基金委创新研究群体，12个教育部创新团队，6个国防科技创新团队。学校突出自主创新，强化协同创新，积极搭建国家级创新平台，组建大团队，承担重大科研项目，重大科技成果不断涌现。

建校65年以来，北航创造了40多项国内第一的科研成果，在尖端技术研究领域始终居于国内高校前列，研制发射（试飞）成功的多种型号飞行器填补了国内多项空白，如中国第一架轻型旅客机“北京一号”、亚洲第一枚探空火箭“北京二号”、中国第一架无人驾驶飞机“北京五号”、“蜜蜂”系列飞机、共轴式双旋翼无人驾驶直升机等。近年来，学校持续强化服务国家战略能力，在航空动力、关键原材料、核心元器件等瓶颈领域的研究取得突破，多项标志性成果直接应用于国防建设。学校团队参与论证并助力研制的国产大飞机C919成功首飞。学校牵头设计研制的某型无人机定型并执行重要任务，在纪念抗战胜利70周年阅兵中位居无人机方队阵首。

“十五”以来，北航共获国家三大科技奖励60余项，其中，近12年获得11项国家级科技奖励一等奖、3项国家自然科学二等奖，创造了一所大学连续获国家高等级科技奖的记录，被社会誉为科技创新的“北航模式”。学校学术论文数量和质量协同增长，实现了在《Nature》《Science》等顶级期刊发表文章的突破。

学校大力推进协同创新，与航空、航天、发动机、船舶等国家重点骨干企业开展战略合作。“先进航空发动机协同创新中心”获“2011计划”首批认定。联合中国工程院成立中国航空工程科技发展战略研究院，打造我国航空工程科技领域首个国家级智库。全面融入首都全国科技创新中心建设，打造“环北航知识经济圈”，北航大学科技园被认定为优秀国家大学科技园。实质拓展医工交叉，在北京房山窦店建设医工交叉创新研究院，打造北京南部的“医学硅谷”，获批大数据与脑机智能、生物医学工程、精准医疗等3个北京市高精尖创新中心。围绕“一带一路”、长江经济带战略，大力推进校地校企合作，建设北航青岛国际科教新城、北航合肥科学城、北航成都国际创新港，把论文写在祖国大地上。