中国科学院天津工业生物技术研究所围绕“以可再生碳资源替代化石资源、以清洁生物加工方式替代传统化学加工方式、以现代生物技术提升产业水平”的三大战略主题，重点开展“工业蛋白质科学与生物催化工程、合成生物学与微生物制造工程、生物系统与生物工艺工程”三个领域方向的基础研究和应用基础研究。  

研究所按照“顶层设计，学术自由”的原则，创新科研组织模式，建立了“总体研究部—研究组群—平台实验室”三维一体的科技管理机制，实行学科、任务、平台的三维管理。研究所成立总体研究部，以国家重大需求和战略规划为牵引，遴选重大科技攻关任务，以“项目制”组织实施，开展建制化攻关，加速实现重大成果产出。