Im Rahmen der Forschungsschwerpunkte Energieeffizienz, Energiegewinnung, Energieverteilung und Energiespeicherung schafft es technische Voraussetzungen für eine effiziente und umweltfreundliche Energieversorgung, sowohl in Industrie- als auch in Schwellen- und Entwicklungsländern.

Hierzu entwickelt das Institut Materialien, Komponenten, Systeme und Verfahren in insgesamt fünf Geschäftsfeldern. Darüber hinaus verfügt das Fraunhofer ISE über mehrere akkreditierte Testzentren sowie weitere Service-Einrichtungen. Das Institut ist Mitglied der Fraunhofer-Gesellschaft, der größten Organisation für angewandte Forschung in Europa.

Im Projekt EnStadt:Pfaff hat das Fraunhofer ISE die wissenschaftliche Leitung inne. Acht Forschungsgruppen des Instituts erforschen, entwickeln, demonstrieren, evaluieren und optimieren für das Pfaff-Quartier Lösungen zur Erreichung der CO₂-Neutralität, u.a. in den Bereichen Optimierung von Gebäudeenergiesystemen, innovative, architektonisch attraktive Photovoltaikfassade, Fensterrahmen-integrierte Lüftungssysteme, Smart Home-Technologien, Low-Ex Nahwärmesysteme, Smart Grid-Technologien, Batterietechnologie, bidirektionales Laden von Elektromobilen, Optimierung von Elektromobil-Ladeinfrastruktur, Maximierung der Solarenergienutzung auf Gebäuden und im öffentlichen Raum, DC-Stromsysteme, Integration von Sensorsystemen im öffentlichen Raum (intelligente Lichtmasten) und agentenbasierte Quartiers-Energiemanagementsysteme. Darüber hinaus wird ein integriertes Energieplanungs- und Monitoringwerkzeug entwickelt. Da EnStadt:Pfaff als Reallabor konzipiert ist, erfolgt eine sozialwissenschaftliche Begleitung der Planungsprozesse und die Kooperation mit Nutzern und Bewohnern zur Optimierung von Technologien.