การที่สมเด็จพระเจ้าลูกเธอเจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี ทรงเลือกศึกษาทางด้านวิทยาศาสตร์จนทรงสำเร็จการศึกษาในระดับสูง และยังทรงดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ในสถาบันชั้นนำ เนื่องจากทรงตั้งพระทัยอุทิศพระองค์ให้กับวงการวิทยาศาสตร์ไทย โดยมุ่งหวังจะนำวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาประยุกต์ใช้เพื่อยกระดับคุณภาพชีวิตของประชาชนชาวไทย งานวิจัยเหล่านี้ ได้แก่ การเพิ่มมูลค่าผลิตผลทางการเกษตรและผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ การป้องกันและบริหารจัดการอันตรายจากพิษสารเคมีในสิ่งแวดล้อม การใช้ทรัพยากรธรรมชาติให้เกิดประโยชน์สูงสุด ตลอดจนการบรรเทาโรคภัยที่เป็นปัญหาสาธารณสุขของประเทศ
งานวิจัยที่ทรงสนพระทัยเป็นพิเศษ และทรงเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการ คือ
นอกจากนี้ งานวิจัยของสถาบันฯ ซึ่งดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการ 9 ห้อง ประกอบด้วยงานวิจัยทั้งในลักษณะโครงการวิจัยเดี่ยว โครงการวิจัยแบบบูรณาการซึ่งประกอบด้วยหลายโครงการวิจัยย่อยที่ดำเนินการร่วมกันโดยห้องปฏิบัติการต่างๆ ของสถาบันฯเพื่อให้การดำเนินการเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ
สมเด็จพระเจ้าลูกเธอเจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี ทรงสนับสนุนให้มีการจัดประชุมวิชาการนานาชาติขึ้นที่สถาบันวิจัยจุฬาภรณ์ เพื่อเป็นการแลกเปลี่ยนความรู้ความคิดเห็นทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การเผยแพร่เทคโนโลยีใหม่ และส่งเสริมให้เกิดความร่วมมือระหว่างนักวิทยาศาสตร์จากทั่วทุกมุมโลก เช่น Princess Chulabhorn International Science Congress, The International symposium เป็นต้น การนี้ ทรงเสด็จเป็นประธานเปิดการประชุมในทุกครั้ง และประทานปาฐกถาพิเศษ รวมถึงการเป็นองค์ประธานการประชุมด้วยในบางโอกาส
นอกจากนี้ พระองค์ได้รับเกียรติเชิญให้เข้าร่วมการประชุมวิชาการในระดับนานาชาติในทุกทวีปทั่วโลก ทั้งยังทรงได้รับปริญญากิตติมศักดิ์ และพระตำแหน่งต่างๆ ทั้งภายในประเทศ และองค์กรระหว่างประเทศอีกมากมาย