Raumfahrt ist ein herausforderndes interdisziplinäres Forschungsgebiet. Eine starke Orientierung an den Forschungsmissionen der ESA, den DLR-eigenen Missionen, den raumfahrtspezifischen Technologien und den ECSS-Standards als übergreifendem Regelwerk sind für das Geschäftsfeld Weltraum im Institut maßgeblich. Ein Hauptarbeitsgebiet ist die Entwicklung von Raumsonden und Landern für die Exploration des Sonnensystems, wie beispielsweise der Kometenlander „Philae" der Rosetta-Mission und der im Dezember 2014 gestartete MASCOT-Asteroidenlander der Hayabusa2-Mission.Auch neuartige Designkonzepte und Fertigungstechnologien für die Strukturen von Kompaktsatelliten und Instrumentenstrukturen für Satelliten und interplanetare Missionen gehören zu diesem Feld. Ein weiteres Hauptarbeitsgebiet stellen die ultraleichten entfaltbaren Strukturen dar, zum Beispiel für zukünftige sehr große Solargeneratoren, Sonnensegel (solar sails) oder große, im Raum entfaltbare Antennen. Hierfür entwickelt das Institut weltweit einzigartige und äußerst innovative Entfaltungskonzepte. Im Bereich des Raumtransports erforscht das Institut hybride Verbindungselemente sowie hoch belastbare Strukturen für neuartige Startsysteme. Zukünftig sollen die Raumfahrtstrukturen des Instituts zudem smarter werden: „Sensieren", „Reagieren" und „Heilen" sind Schlagworte zu diesem Ansatz. Das Ziel sind Strukturen, die sich selbst überwachen und weitgehend autonom auf äußere Einflüsse reagieren.