Das DLR in Köln-Porz ist eine Einrichtung innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft, die Themengebiete von Luft- und Raumfahrt bis zu Verkehr und Energie bearbeitet. Es ist unter anderem als die nationale Raumfahrtagentur für die Belange Deutschlands im Bereich der Raumfahrt zuständig. Am Standort in Bonn-Oberkassel haben der Projektträger im DLR, das Raumfahrtmanagement und der Projektträger Luftfahrtforschung ihren Sitz. 

Das DZNE wurde 2009 als Forschungsinstitution innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft gegründet, um die nationale neurowissenschaftliche Forschung zu stärken. Das DZNE erforscht die Ursachen von Erkrankungen des Nervensystems und entwickelt Maßnahmen zur Prävention, Therapie, Pflege und Patientenversorgung.

Im Schloss Birlinghoven in Sankt Augustin sind drei Fraunhofer-Institute beheimatet. In diesen Einrichtungen werden Forschungsprojekte auf hochaktuellen Gebieten wie der Robotik, der Bioinformatik und der Informations- und Kommunikationstechnik verfolgt.

Zwei Fraunhofer-Institute in Wachtberg sind unter anderem im Bereich Sicherheitsforschung und Radartechnik tätig. Das Fraunhofer-Institut FKIE betreibt seit 2016 einen zusätzlichen Institutsstandort in Bonn.

Als Spitzenzentrum auf dem Gebiet der angewandten Biomedizin führt „LIFE & BRAIN“ Expertise aus den Gebieten Genomforschung, Transgene Modelle, Stammzelltechnologie und Kognitive Hirnforschung zusammen.

Die Max-Planck-Gesellschaft unterhält in Bonn die Max-Planck-Institute für Mathematik, für Radioastronomie und zur Erforschung von Gemeinschaftsgütern. Das Max-Planck-Institut für Radioastronomie betreibt das 100m-Radioteleskop in Effelsberg.