De KNAW is verantwoordelijk voor zeventien onderzoeksinstituten. Ze zijn werkzaam op het terrein van de geesteswetenschappen, de sociale wetenschappen en de levenswetenschappen. Twee instituten bewegen zich op het grensvlak van wetenschap en overheidsbeleid. De KNAW-instituten dienen een prominente plaats in  de (internationale) wetenschap in te nemen. Ze functioneren als nationaal kenniscentrum en beheren en ontsluiten unieke en vaak wereldvermaarde collecties.

Beleid

De instituten dienen op nationaal niveau leidend en agendabepalend te zijn. Ook moeten zij functioneren als internationaal aanspreekpunt. Om zich KNAW-instituut te mogen (blijven) noemen, moeten de instituten streven naar excellentie. Meer informatie over het institutenbeleid.

Evaluatie

De kwaliteit van de instituten wordt regelmatig getoetst door middel van onafhankelijke, internationale peer reviews. Zie Handleiding Evaluatie KNAW-instituten 2009-2014 (Engelstalig).

Dierproeven

Drie van de KNAW-instituten doen onderzoek met behulp van proefdieren:

• Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek
• Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) 
• Nederlands Herseninstituut

Het gaat vooral om vogels, knaagdieren en vissen. Er is een kleine groep primaten aanwezig voor gedragsonderzoek. Met ingang van 2011 legt de KNAW tweejaarlijks verantwoording af over haar proefdieronderzoek. Samen met de Vereniging van Universiteiten (VSNU) en de Federatie van Universitair Medische Centra (NFU) heeft de KNAW in 2008 de Code Openheid Dierproeven gepubliceerd. Zie ook het KNAW-standpunt dierproeven en het Proefdierkundig verslag 2009-2010.