סוכנות החלל תומכת במחקר התיאורטי והיישומי בתחומי חקר החלל. מדי שנה מפרסם משרד המדע, ביוזמת סוכנות החלל, קולות קוראים להצעות מחקר שעניינן תצפיות מהחלל אל עבר הארץ, תצפיות אל עבר החלל החיצון, הצעות לפיתוח מכשור המתאים לפעולה בחלל ועוד.
החוקרים הזוכים במענקים מפרסמים את תוצאות מחקריהם בכתבי עת אקדמיים ומציגים את הישגיהם ותוצאותיהם של חלק מהמחקרים סדנאות בין-לאומיות. בתחומים בהם רואה סוכנות החלל טעם בפיתוח תשתית מדעית וטכנולוגית, אנו מסייעים גם בהקמת מרכזי ידע הפועלים במסגרת מוסדות מחקר מוכרים כדי שיוכלו לספק שירותים לחוקרים נוספים בתחום.
החל ממחקרים החוקרים התפרצויות קרינת גמא, שביטים, ואקזופלנטות, ועד מחקרים ישומיים העוסקים בטכנולוגיות אופטיות לווייניות, שעונים אטומים וננו-לוויינים שיחוגו סביב כדור הארץ בטיסת מבנה- כל אלה מקבלים תמיכה מסוכנות החלל הישראלית כחלק מקידום המחקר האקדמי המקומי בתחום החלל.