สถาบัน นวัตกรรม ทีโอที เป็นหน่วยงานหลักในการวิจัย พัฒนา ส่งเสริม และสนับสนุน นวัตกรรมต่างๆ ของ ทีโอที และมี ห้องปฏิบัติการเพื่อการทดสอบคุณภาพวัสดุ คุณภาพโครงข่าย คุณภาพเครื่องมือและอุปกรณ์ ตลอดจนดูแลตรวจสอบความถูกต้องของเครื่องมือวัดต่างๆ ด้วยประสบการณ์ยาวนานที่มีรากฐานจากความร่วมมือระหว่างรัฐบาลไทย กับองค์การสหประชาติภายใต้โครงการ The United Nations Development Program. (UNDP) ตั่งแต่ปี พ.ศ. 2505

ภารกิจ ต่อนื่องของสถาบันนวัตกรรม ทีโอที นอกเหนือจากการผลักดันผลงานต่าง ๆ ของ ทีโอที ออกเป็นเชิงพานิชย์แล้ว ยังมีการสนับสนุนให้บริการโทรคมนาคมเพื่อสังคมอย่างทั่วถึงโดยไม่มองข้ามผู้ ด้อยโอกาสในสังคมผลงานที่สำคัญในปี 2552
1.    การบริการทดสอบคุณภาพคุณภาพวัสดุอุปกรณ์ที่เกี่ยวเนื่องกับธุรกิจโทรคมนาคม ส่งผลต่อคุณภาพการให้บริการที่สามารถวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ได้ การทดสอบของสถาบันนวัตกรรม ทีโอที ไม่เพียงแต่พิจารณาคุณสมบัติของวัสดุอุปกรณ์ ในขณะทดสอบ แต่คำนึงถึงคุณสมบัติที่น่าเชื่อถือได้นั้นจะคงคุณภาพไปอีกนาน ผลงานการบริการทดสอบคุณภาพมีดังนี้
•    การทดสอบแบบเร่งสภาวะแวดล้อมในการใช้งานเช่น การทดสอบในเครื่องพ่นละอองน้ำเกลือ (Salt Fog Chamber) เครื่องเร่งสภาพการตากแสงอาทิตย์และฝน (Weatherometer) เครื่องเร่งสภาวะอุณหภูมิ (Temperature and Humitdity Cycling Chamber) เป็นต้น

•    การทดสอบที่ต้องป้องกันการรบกวนจากเสียงและคลื่น เช่น คุณสมบัติทางด้าน Receiverของอุปกรณ์ Radio
•    การทดสอบด้านความปลอดภัยต่อผู้ใช้งานในเครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์ และอุแกรณ์ที่เกี่ยวข้องซึ่งใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้าประธาน เช่น การลามไฟของวัสดุ การแผ่รังสี และคุณสมบัติอื่น ๆ ตาม มอก. 1195 เป็นต้น
•    การทดสอบคุณสมบัติทางกายภาพและทางกล ทางเคมีและวัสดุทางไฟฟ้า ทางอิเล็กทรอนิกส์ และทางโทรคมนาคม เช่น การทดสอบ Tensile & Elongation Strength การหาชนิดพลาสติก และโลหะ การทดสอบเกี่ยวกับการป้องกันการกัดกร่อน คุณสมบัติการต่อเชื่อมของอุปกรณ์ปลายทางกับโครงข่าย ทีโอที คุณสมบัติของระบบส่งสัญญาณ (Trans mission) เป็นต้น
•    การทดสอบระบบโครงข่ายโทรคมนาคมจำลอง (Telecom Networking Testbed) นับเป็น นวัตกรรมบริการทดสอบล่าสุดของ สถาบันนวัตกรรม ทีโอที  โดยทำเป็นโครงการ NGN Network Testbed และ Software Development Tools เพื่อให้การวางแผนบริการหรือการวิเคราะห์ปัญหาการบริการที่เกี่ยวกับโครง ข่ายโทรคมนาคมสามารถจำลองได้หรือทำได้โดยไม่กระทบผู้ใช้บริการ เช่น การวิเคราะห์ผลกระทบต่อการทำงานของ Application ที่เกิดจากอุปกรณ์สื่อสัญญาณ และ Protocal การสร้าง Network เสมือนจริง เพื่อใช้ศึกษาพฤติกรรมชองทราฟฟิค ออกแบบ และวิเคราะห์โครงข่าย การจำลองความสูญเสียหรือความเสื่อม ของอุปกรณ์ การจำลองทราฟฟิคทั้งในรูปแบบของข้อมูล เสียง และวีดิโอ เป็นต้น
2.    การให้บริการซ่อมเครื่องมือวัดและอุปกรณ์ด้านโทรคมนาคม ด้วยประสบการณ์ที่ยาวนานจนเชี่ยวชาญ ทำให้การบริการซ่อมของสถาบันนวัตกรรม ทีโอที ได้รับการยอมรับ ในคุณภาพ และยังช่วยสร้างความภาคภูมิใจแก่ผู้ใช้บริการที่นอกจากจะได้ดำเนินตามแนวทางพระราชดำริ หลักปรัชญาเศรษฐกิจพอเพียงแล้ว ยังได้ช่วยลดขยะอิเล็กทรอนิกส์ และได้ช่วยแก้ปัญหาโลกร้อนอีกด้วย
3.    การบริการสอบเทียบเครื่องมือวัด เพื่อให้เครื่องมือและอุปกรณ์ทางเทคนิคที่แสดงค่าเป็นตัวเลขที่เชื่อถือได้ และมีมาตรฐานรองรับ การสอบเทียบ จึงเข้ามามีบทบาทสำคัญ ซึ่ง ทีโอที มีบริการสอบเทียบแก่หน่วยงานทั้งภายในและภายนอก ทีโอที ดังนี้
•    ห้องปฏิบัติการสอบเทียบทางด้านไฟฟ้าที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO/IEC 17025:2005 เพื่อให้บริการสอบเทียบ เช่น DC Voltage, AC Voltage, DC Current, AC Current, DC Resistance Frequency, RF/Microwave
•    ห้องปฏิบัติการสอบเทียบทางด้าน Optical Fiber Instrument เช่น OTDR Optical Fiber, Light Source, Optical Power Meter, และ Attenuator รถซ่อมและสอบเทียบเคลื่อนที่ ให้บริการซ่อมและสอบเทียบเครื่องมือทดสอบทั่วภูมิภาคที่ใช้งานในกิจการ ทีโอที
4.    การวิจัยและพัฒนา
4.1.    งานวิจัยและพัฒนาในปี 2552
•    ระบบใบแจ้งหนี้อิเล็กทรอนิกส์ ระรับแจ้งเหตุเสียวงจรเช่าและสื่อสารข้อมูล (1477) ระบบรับแจ้งและบริหาร ข้อร้องเรียนบริการต่าง ๆ (1177) ระบบคลังรหัสและสินค้าออนไลน์
•    อุปกรณ์ควบคุมการจ่ายไฟฟ้าอัตโนมัติ ใช้ป้องกันไฟกระชากหรือไฟเสิร์จที่เข้าทางแหล่งจ่ายไฟฟ้า และมีโปรแกรม ตั้งเวลาการ เปิด-ปิด การทำงานของอุปกรณ์/เครื่องมือต่าง ๆ
•    เครื่องมือสนับสนุนการให้บริการ DSL-VPN(G) TOT G.SHDSL Tester รุ่น GT-1 ใช้สำหรับงานติดตั้ง และทดสอบคู่สายทองแดงที่ใช้ในบริการวงจรเช่า (Leased Line) บน Ports SHDSL (DSL-VPN(G)) โดยโครงสร้างเป็นแบบตั้งโต๊ะที่สามารถเคลื่อนย้ายไปทำงานนอกสถานที่ได้ สามารถทำงานเป็น SHDSL Modem และนำไปทดสอบข่ายสายให้ทราบถึงคุณภาพในการให้บริการสื่อสารข้อมูล ในรูปแบบ end to end
•    DC Power Supply "TOT HOTSPORT" 24 Ports เป็นอุปกรณ์สำหรับจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้แก่ อุปกรณ์ Access point ผ่านสาย LAN หรือ Power Over Ethernet cable (PoE) ของบริการ TOT Hot Spot
4.2.    งานสนับสนุนทางเทคนิค
•    พัฒนาโปรแกรมเพื่อขายรหัส Panda Internet และ Firewall ผ่านระบบชำระเงินของ ทีโอที และพันธมิตรของ ทีโอที
•    พัฒนาต้นแบบระบบ E-Ticket ของสวนสัตว์เชียงใหม่
•    ลดเหตุเสียการให้บริการ ADSL
•    แก้ไขปัญหาไฟฟ้าเหนี่ยวนำทางข่ายสาย
•    ออกแบบชุดควบคุมการระบายความร้อนสำหรับตู้ชุมสายขนาดเล็ก
•    ออกแบบตู้ใส่ Terminal แทนตู้ Cabinet รองรับบริการ ADSL
4.3.    งานบริการวิจัยและให้คำปรึกษา
•    ให้คำปรึกษาหน่วยงานภายในและภายนอกเรื่องระบบป้องกันฟ้าผ่า
•    ให้คำปรึกษาระบบ  Ground บริษัท ทรานส์ไทย - มาเลเซีย (ประเทศไทย) จำกัด
5.    การส่งเสริมและสนับสนุน การวิจัย พัฒนา และนวัตกรรม
•    การให้เงินอุดหนุนการวิจัยและพัฒนา เพื่อเป็นการสนับสนุนให้ผู้มีความคิดริเริ่มสร้างสรรค์ได้มีโอกาสสร้าง ประโยชน์ให้เป็นรูปธรรมอย่างเต็มที่ นอกเหนือไปจากงบประมาณปกติ ทีโอที ได้ให้การสนันสนุนเงินทุนเพื่อการนี้โดยมีระเบียบรองรับ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2538
•    การประกวดสิ่งประดิษฐ์และนวัตกรรม