Actuando como hub de biofotónica en Cataluña, el ICFO colabora con hospitales, centros sanitarios, centros de investigación biomédica, universidades y empresas.

El ICFO realiza investigación y desarrollo de vanguardia en biofotónica y nanofotónica, con un énfasis especial en la variedad de modalidades y técnicas de imágenes que tienen por objetivo romper continuamente los límites de resolución (espacial y temporal). Las líneas de investigación en curso incluyen diferentes técnicas avanzadas de multifotones y fluorescencia, enfoques de molécula única, enfoques pioneros de nanoimágenes de campo cercano, plasmónicos y nanoantenas, imágenes Raman, imágenes fototérmicas e imágenes ópticas difusas, entre otras. El ICFO también alberga programas activos en nanocirugía, monitorización de cuidados neurointensivos, oncología plasmónica y dermatología.