Ohjelmistotekniikan laitoksella tehty tutkimus vaihtelee teoreettisesti orientoituneista hyvinkin pragmaattisiin aiheisiin. Luonteenomaista tutkimukselle on teollisuusyhteistyö ja käytäntöön soveltaminen. Tutkimusprojekteja rahoittaa teknologian ja innovaatioiden kehittämiskeskus TEKES, Suomen Akatemia, EU komissio ja teollisuus.
Tärkeimmät tutkimusalueet ovat mobiilit järjestelmät, ohjelmistotuotanto, ihmisen ja teknologian vuorovaikutus, tekoäly, tietokoneavusteinen opetus, verifiointialgoritmit ja Web-järjestelmät.
Väitöskirjatutkimusta Suomessa tuetaan tietyille tutkimusalueille keskittyvien tutkijakoulujen toimesta. Ohjelmistotekniikan laitos koordinoi kansallista SoSE (Software Systems and Engineering) -tutkijakoulua sekä on mukana TISE (Tampere Graduate School in Information Science and Engineering) -tutkijakoulussa.