Научно-исследовательской и проектно-конструкторской деятельностью   в Обществе и ее ДЗО занимаются около 500 сотрудников, из них 8 докторов наук и 54 кандидата наук. В Обществе имеется научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт (ТОО «ИВТ»), а также научно-производственные подразделения предприятий (ЦНИЛ АО «УМЗ», ЦОМЭ АО «Волковгеология»).

АО «НАК «Казатомпром» и дочерние предприятия являются патентообладателями и сопатентообладателями более 300 охранных документов по разработанным технологиям и оборудованию и занимает 1 место в Республике Казахстан по данному показателю среди промышленных предприятий.

Для сохранения мировой конкурентоспособности Компанией разработана Политика «Управление научно-технологической деятельностью», в соответствии с которой научные исследования координируются четырьмя научными центрами по следующим приоритетным направлениям:

1) Геология, геотехнология и горно-подготовительные работы – на базе АО «Волковгеология»;

2) Добыча и переработка продуктивных растворов, попутное извлечение РЗМ – на базе ТОО «Институт высоких технологий»;

3) Высокие технологии ЯТЦ, получение и переработка РМ – на базе ЦНИЛ АО «УМЗ»;

4) Управление знаниями, коммерциализация интеллектуальной собственности, общая координация научно-технической деятельности – на базе Управления координации науки «АО «НАК «Казатомпром».

За последнее время внедрены в производство следующие проекты:

- Запущен в эксплуатацию мобильный комплекс по переработке продуктивных растворов урана производительностью 150 тонн урана в год для опытной отработки месторождения «Жалпак». Использование мобильного комплекса позволило значительно снизить капитальные затраты на опытную эксплуатацию и уменьшить на 15% себестоимость его добычи. Мобильный комплекс по добыче урана создан специалистами Компании, защищен инновационными патентами РК.

- Разработана и внедрена в производство передвижная установка для проведения химической обработки непосредственно фильтровой части скважин и проведения РВР. Передвижная установка позволит создать безопасные условия перекачки, приготовления и подачи различных видов химических растворов реагентов – декольматантов непосредственно в фильтровую часть технологических скважин, сократить их расходы (соответственно - стоимость РВР) за счёт целенаправленного использования реагентов, а ее уникальность и мобильность увеличат количество обрабатываемых скважин в сутки и повысят эффективность РВР.

Разрабатываются и в ближайшей и среднесрочной перспективе планируются к внедрению следующие проекты:

- Разработка, апробация  и внедрение технологии высокоскоростной  сорбции урана с применением ультразвука.

- Разработка, апробация и внедрение эффективной ультразвуковой десорбции урана с   применением доступных химических реагентов.

- Разработка, апробация и внедрение эффективной технологии нанофильтрации товарного десорбата.

- Малокислотное выщелачивание с применением комплекса реагентов специального назначения.

- Концентрирование урана с применением технологий мембранной фильтрации и центробежной экстракции.

- Оптимизация технологии и внедрение новых  технических решений в процессах осаждения   и получения ЗОУ.

- Разработка и внедрение конструкции гравий гильз и бенто-гильз для технологических скважин ПСВ урана.

- Разработка конструкции универсальных щелевых фильтров с обсыпкой в кожухе.

- Разработка методики вскрытия рудной зоны с применением высокоаэрированных буровых растворов.

- Разработка и внедрение буровых установок с буровыми станками модульного типа, для геологоразведочного и поискового бурения на различных месторождениях

                 В целях расширения ассортимента продукции на основе выпускаемых уникальных редких металлов на АО «УМЗ» проведены научные исследования и получены опытные партии новой конкурентоспособной и высокотехнологической продукции в мировом масштабе:

- медицинских имплантатов из тантала и танталсодержащих сплавов;

- сверхпроводящего провода для производства магниторезонансных томографов МРТ.