La recherche fondamentale au GERAD contribue au développement de l'intelligence numérique. Elle s'articule autour de quatre axes de recherche. Le premier (valorisation des données pour la prise de décision) se rapporte à l'analytique descriptive et prédictive – deux des trois piliers de l'intelligence numérique. Les trois autres axes (aide à la décision prise dans les systèmes complexes, aide à la décision prise sous incertitude, aide à la décision prise en temps réel) relèvent de l'analytique prescriptive (le troisième pilier de l'intelligence numérique), où sont principalement mises en œuvre des méthodes mathématiques d'optimisation pour guider la prise de décision.

Outre des développements théoriques et méthodologiques dans nos quatre axes, une des spécificités du GERAD est le déploiement de telles méthodes dans de grands champs d'applications qui sont au nombre de sept : économie et finance; énergie, environnement et ressources naturelles; infrastructures intelligentes; ingénierie; logistique intelligente; marketing; santé.

En matière d'innovation, le GERAD oeuvre également au développement de logiciels (commerciaux, en source libre ou gratuit) qui sont autant d'outils qui contribuent à différents domaines, comme l'optimisation basée sur un principe de génération de colonnes (logiciel GENCOL), l'optimisation de boîtes noires (logiciel NOMAD); ou la théorie des graphes assistée par ordinateurs (logiciel AutoGraphiX).