根据美国科学基金会报告，在2012财年，弗吉尼亚理工学院投入了4.54亿美元投入到科研项目，这笔开展在全美大学中位居第40名。这也反映出在查尔斯·W·斯蒂格（英语：Charles W. Steger）校长任职时期，学校的科研投入已经连续十三年增加，从2000财年的1.92亿美元上升了两倍多。弗吉尼亚理工学院也是全美前五十的科研投资机构中唯一的弗吉尼亚州机构，排名在全部公立大学的第23名，占全美900所科研大学机构的前5%。每年都有数千基金会赞助学校的科研发展，并帮助科研团队在农业、生化、通信技术、健康、交通、能源管理、安全、可持续性、及其他工程、科学、社科和创新领域发展[43]。
2009–2012财年的研究开支 [44]
2009
US$3.967亿
2010
US$3.98亿
2011
US$4.50亿
2012
US$4.54亿
2013
US$4.96亿
2014
US$5.13亿[15]
弗罗林生命科学研究所
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弗罗林生命科学研究所（英语：Fralin Life Science Institute）扩建于1991年的弗罗林生化研究所。它旨在增加弗吉尼亚理工的生命科学研究、教育和拓展，并通过增加与生命科学团体的互动和资源整合，提高科学领域的教育和跨专业科研。弗罗林研究所的科研聚焦于媒介生物性疾病、传染疾病、微生物学、生物科学、肥胖、癌症生化学、生态学和组织科学[45]。
弗吉尼亚生物信息研究院
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弗吉尼亚生物信息中心
弗吉尼亚生物信息研究院（英语：Virginia Bioinformatics Institute]]]），建立于2000年弗吉尼亚理工主校区，它是该校首个生物信息、计算生物学、系统生物学的科研单位。它拥有200名科研人员、超级计算集群、不同类型DNA测序仪，包括一个大规模并行高通量罗氏GS-FLX音序器[46]。
生物信息研究院拥有1.09亿美元活动科研资金，研究平台主要致力于宿主-病原体-环境的交互作用（host-pathogen-environment interactions）中的“病害三角理论”（disease triangle）。通过生物信息技术，VBI研究者经过整合和阐述巨型科研数据，解决当今生物医学、环境科学及农业科学中的核心问题。此外，它还通过整合数学、流行病学、计算机科学、生物学、生物化学、统计学、经济学和合成生物学的信息，制作能够解决传染科学的新型疫苗、药物和靶向治疗手段。
交通运输研究所
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弗吉尼亚理工学院交通运输研究院（Virginia Tech Transportation Institute）改造于1988年成立的交通研究中心，拥有350名雇员及4千万美元的科研资金（2013年）。VTII每年支持超过100名的本科及研究生从事科研，并保持每年有超过140篇期刊发表[47]。交通研究所旨在通过交通运输科研，测试并分析交通运输科技和软件发明，以保证生命安全、节省时间和开支、保护环境；它在分心驾驶（distracted driving）[48]和商业服务领域卓有成就[49]。此外，研究所通过不同维度（交通工具、驾驶员、基础设施、材料与环境），处理和解决交通中的困境与挑战[46]，其中包括著名的自动驾驶科研与技术研发，并应用于超过4000种交通工具中[50]。
创新、艺术与技术研究院
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2010年成立的创新、艺术与技术研究院（the Institute for Creativity, Arts, and Technology）通过院整合罗诺克市的艺术中心与学校的科技力量，发展当今科研模型，力图将艺术与科技进行融合，并生产学习型模型和环境，以处理当今社会需求[51]。
关键技术和应用科学研究院
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2005年，关键技术和应用科学研究院（Institute for Critical Technology and Applied Science (ICTAS)）成立，并致力于提高工程、科学、生物和人文科学的跨学科研究。核心领域包括有纳米技术、纳米生物界面、可持续性能源、安全和可持续性水源、自然环境安全、认知与交流系统、可再生材料和新兴技术[46]。关键技术和应用科学研究院同时也为弗吉尼亚州提高策略科技领导力，并投资高水平的实验室。
社会、文化与环境研究院
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社会、文化与环境研究院（The Institute for Society, Culture, and Environment (ISCE)）创建于2007年，旨在提供跨学科研究、处理社会及个人转变中的问题。它强化大学在社会科学、人文科学和艺术中的竞争性地位，并将学校的科研能力匹对社会、文化中存在的问题与机会。研究院着重解决巴基斯坦和菲律宾的贸易政策与贫困问题，并拥有一只特殊的社会与公共卫生的科研团队，解决区域性健康问题与干预策略[52]。
弗吉尼亚理工医学研究院
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弗吉尼亚理工医学研究院（Virginia Tech Carilion Research Institute）是从弗吉尼亚理工医学院整合而形成的新型医学科研与教学中心，它旨在进行生物医学的教育、多视角的诊所研究。研究目的包括了解生命健康与失控的核心环节，以及发展新颖的诊断和治疗措施[52]
弗吉尼亚理工阿林顿研究中心
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2011年6月成立的阿林顿研究中心（Virginia Tech Research Center-Arlington (VTRC-A)）位于弗吉尼亚州国家首都辖区的阿林顿镇，提供科研团队与政府机构及其他公立、私立组织进行合作[53]。此外还有很多研究组织和中心，也位于弗吉尼亚理工的阿林顿校区[54]。
其他科研组织
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链接到校友楼的托格森跨桥。托格森楼是使用霍奇石的典型建筑案例
弗吉尼亚理工的其他科研团体和组织包括有高性能计算机、引用数学、无线通信、人类和动物健康、认知与行为发展、环境与能源、太阳能建筑结构等[55]。
弗吉尼亚理工-维克森林生化工程与环境科学学院（The Virginia Tech–Wake Forest University School of Biomedical Engineering and Sciences），是弗吉尼亚理工学院工学院、维克森林医学院、弗吉尼亚-马里兰兽医医药地区学院合作成立的学校。其中弗吉尼亚理工的科研包括生物工程、细胞运输、计算机模型、生化材料、生物传热传质学、生物流体力学、仪器、人体工程学和组织工程。
弗吉尼亚理工知识产权集团（Virginia Tech Intellectual Properties Inc. (VTIP)）建立于1985年，是一个非盈利公司，旨在保护学校教授、教员团队和学生的知识产权保护和管理。截止2012财年，VTIP签署了17个美国专利权和六项国外专利，并签署了32个许可和其他合约。在2014年，VTIP报告有226万美元的专利收益
[56]。