La recherche fondamentale est développée au sein de plusieurs unités associées au CNRS, à l'Inserm et à une université, à Paris et à Orsay. Ses axes majeurs sont : la biologie cellulaire et la biologie du développement, l'immunothérapie, la génétique et l'oncogenèse, l'épigénétique et la génotoxicologie, la pharmacochimie, la physicochimie du vivant, les mécanismes moléculaires de l'oncogenèse, l'imagerie cellulaire et moléculaire, et la biologie des systèmes.

4 priorités pour la recherche fondamentale à l’Institut Curie

-Favoriser une recherche interdisciplinaire et innovante à visée diagnostique et thérapeutique
-Soutenir le développement des plateformes de haute technicité
-Transmettre les savoirs à l'échelle nationale et internationale
-Accroître la formation et encourager la mobilité