Les recherches au sein de la DRF sont menées très régulièrement en coopération avec des laboratoires de recherche reconnus comme le CNRS, le CERN, l'Inserm, l'INRA, l'INRIA ou bien encore les hôpitaux de Paris (AP-HP), l'Institut Pasteur et l'Institut Marie Curie...
La DRF compte 42 unités mixtes de recherche (UMR), soit 80% des UMR du CEA. Dans les faits, sur les 3400 personnels de la direction, 1200 sont rattachés aux personnels permanents aux universités, du CNRS ou de l'Inserm.
Ces recherches s'inscrivent aussi dans des collaborations avec des universités, plus principalement avec l'Université Paris-Saclay, l'Université Grenoble Alpes, l'Université Normandie et l'Université d'Aix Marseille.