Навукова-даследчы патэнцыял Віцебскай вобласці арыентаваны на прыкладныя даследаванні ў сферы вытворчасці новых відаў будаўнічых матэрыялаў, энерга- і рэсурсазберажэнне, зніжэнне імпартаёмістасці вытворчага сектара, павышэнне канкурэнтаздольнасці прадукцыі тэкстыльнай, абутковай прамысловасці, удасканаленне працэсаў вытворчасці і перапрацоўкі сельскагаспадарчай прадукцыі, мадэрнізацыю буйнейшага нафтахімічнага комплексу рэспублікі, забеспячэнне экалагічнай бяспекі.
Значны аб’ём фундаментальных і прыкладных даследаванняў выконваецца ўстановамі вышэйшай адукацыі.
УА «Полацкі дзяржаўны ўніверсітэт» праводзіць даследаванні па шэрагу навуковых напрамкаў: будаўніцтва, камунальная гаспадарка, хімія і нафтахімія, машынабудаванне, інфарматызацыя і інш.
Работы УА «Віцебскі дзяржаўны тэхналагічны ўніверсітэт»накіраваны на прадпрыемствы лёгкай прамысловасці і машынабудавання і прадугледжваюць распрацоўку новага абсталявання і матэрыялаў, новых тэхналагічных працэсаў.
УА «Віцебскі дзяржаўны ўніверсітэт імя П.М. Машэрава» рэалізуе шырокую праграму навуковых даследаванняў, накіраваных на павышэнне эфектыўнасці вытворчасці ў розных галінах эканомікі, забеспячэнне зберагальнага прыродакарыстання, паляпшэнне якасці навакольнага асяроддзя, што садзейнічаюць прагрэсу ў духоўным развіцці грамадства, паспяховаму развіццю адукацыі і культуры.
Вучоныя УА «Віцебскі дзяржаўны ордэна Дружбы народаў медыцынскі ўніверсітэт» вядуць распрацоўку новых спосабаў дыягностыкі, лячэння, рэабілітацыі і прафілактыкі захваральнасці, новых лекавых форм.
Кафедры і лабараторыі Віцебскай дзяржаўнай акадэміі ветэрынарнай медыцыны працуюць над такімі праблемамі, як паляпшэнне пароднага складу жывёлы, зніжэнне затрат у кормавытворчасці, папярэджанне захворванняў маладняку, выкліканых імуннай недастатковасцю.
Лідзіруючыя пазіцыі ў рэгіёне па распрацоўцы матэрыялаў і тэхналогій іх апрацоўкі канцэнтраванымі патокамі энергіі (ультрагуку, лазернага выпрамянення, электрамагнітных палёў высокай частаты, іонна-плазменных патокаў, высокатэмпературнага сінтэзу) займаеІнстытут тэхнічнай акустыкі НАН Беларусі. У арганізацыі ёсць напрацоўкі па керамічных, кампазіцыйных матэрыялах, інфармацыйных тэхналогіях як для машынабудавання, так і для іншых галін прамысловасці.
Калектыў Віцебскай дзяржаўнай сельскагаспадарчай доследнай станцыі НАН Беларусі вырашае задачы ўдасканалення кармавой базы, арганізацыі першаснага насенняводства і размнажэння раянаваных і перспектыўных сартоў збожжавых, зернебабовых культур, бульбы, лёну, шматгадовых траў і аператыўнае ўкараненне іх у вытворчасць.
Навукова-даследчую работу ў сферы рэгіянальнай эканомікі вядзе Віцебскі рэгіянальны цэнтр сацыяльна-эканамічных даследаванняў ДНУ «Навукова-даследчы эканамічны інстытут Міністэрства эканомікі Рэспублікі Беларусь». Цэнтр займаецца аналітычнай дзейнасцю, прагназаваннем і стратэгічным планаваннем, забяспечвае кансультацыйную падтрымку рэгіянальнага сектара эканомікі.