工程热物理研究所主要从事能源、动力和环境等领域的研究，其中包括工程热力学、内流气动热力学、燃烧学和传热传质学等分支学科。研究所的科技发展战略是面对新世纪科技技术不断进步的挑战，发展工程热物理领域内的前沿、新兴与交叉学科，为国家能源、动力和环境领域内科学研究与技术研发提供支撑，为基础科学知识创新、国家战略目标需求和人类社会可持续发展做出贡献。
2011年，研究所新争取科研项目75项。其中，首次获得工信部专项科研工程研制项目——某型发动机技术验证机研制项目，获批国拨经费1.77亿元；组织申报的先导专项——低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范，顺利通过专家评审和预算评审，将于2012年正式启动。新争取973课题3项，863专题3项，科技支撑项目课题和子课题2项，自然科学基金项目17项，非民口项目7项，院地合作项目30项，国际合作项目1项，院先导项目课题和子课题3项，院知识创新工程重要方向性项目1项，院创新重点部署项目课题1项。全年新签署合同经费共计4.46亿元（不包括院地合作），本年度到所总经费1.97亿元。
2011年8月，研究所主持的“多能源互补的分布式冷热电联供系统基础研究”973项目完成课题中期验收，并于9月通过了科技部组织的项目中期验收，后三年预算已经得到批准，科研工作全面展开，项目研究进展和组织管理得到评审专家充分肯定，成绩优异，获得后三年追加500万元经费资助。2011年9月，研究所和清华大学共同主持的973项目“燃气轮机的高性能热-功转换科学技术问题研究”顺利完成课题验收，并于11月通过科技部组织的项目验收。
2011年，继续开展国家863计划“以煤气化为基础的多联产示范工程”重大项目3个课题和“重型燃气轮机关键技术与系统”重大项目2个协作课题的研发工作。粉煤加压密相输运床气化技术课题完成了输运床小试试验，输运床气化中试装置的工艺系统基本安装完毕。中低热值燃料燃气轮机燃烧室课题完成了航改型QD128燃机燃烧室改烧合成油弛放气的燃烧室现场安装调试、点火以及全速空载试车；E级燃烧室合成气负荷性能试验，氮气、蒸气稀释试验；中低热值R0110燃气轮机燃烧室样件的加工试制；部分中低热值燃料F级燃机燃烧室全尺寸试验；中低热值燃料全尺寸燃烧室高压试验台设计。系统集成与示范课题完成了IGCC和联产系统的多层次优化集成方案研究。
研究所参与的微小型燃机863重点项目进展顺利，完成了燃气轮机全流场计算分析，初步完成了MW级燃机低污染燃烧室的主要工况点的性能考核试验，燃烧室的污染排放以及燃烧效率、熄火极限、燃烧稳定性等指标均达到了设计要求；离心压缩机完成设计和试验件加工。
2011年，研究所承担的院知识创新重要方向项目“超临界循环流化床关键技术及富氧燃烧研究”，顺利通过了科学院院高技术局组织的项目结题验收。某型发动机完成核心机装配，实现成功点火并慢车怠速运行；另一型发动机完成工程图设计评审，进入加工阶段。院条件平台建设项目完成全部6套实验装置的装配调试和冷运转，其中整机试车台、高速压气机试验台、燃烧试验台和涡轮流函数试验台进入试验件考核阶段，自筹经费建设的低速平面叶栅试验台、同心双环流风洞完成部件加工，带冷却气的高温涡轮扇形叶栅试验台完成方案设计。以某新型发动机样机研制为目标的院知识创新工程重要方向项目进展顺利，深入研究了冲压转子内部激波组织机理、压气机变工况特性、对转涡轮内部非定常流动机理、新型气膜孔设计方法及冷却机理等；开展了中关村暂冲式涡轮实验台改造和廊坊新实验台的设计及部件加工等工作。院知识创新工程重要方向项目支持的MW级车用燃机完成方案设计，进入详细工程图设计阶段。院知识创新工程重要方向项目“基于超临界过程的空气储能技术的研究”稳步推进，完成系统的设计和工程化，完成了主要设备的设计和加工。
2011年，围绕国家能源风电叶片研发（实验）中心及国家级风电叶片检测中心的建设，研究所确定了以建立完善大型风电叶片三维设计方法与设计体系、风电叶片检测技术及检测标准研究、智能叶片研发等为主的七个重要研究方向。
2011年，研究所积极推进与地方政府和企业的合作与产业化，在项目争取以及成果转移转化等方面已经取得了丰硕成果。杭州七格污水处理厂100吨/日污泥循环流化床一体化焚烧示范工程顺利通过72小时试运行考核并完成了性能测试，宁夏华盈25000 标方/小时循环流化床煤气化示范工程顺利通过了480小时连续运行考核，标志着这两项技术示范成功。研究所承担的华能集团北京热电厂烟气余热加热脱硫系统密封风项目通过了现场验收。研究所参与国家能源局“绿色能源示范县”和区域能源发展规划编制项目，黑龙江桦南县、吉林公主岭市、辽宁昌图县的规划及实施方案已通过三部委专家评审。
2011年，研究所共申报国家发明专利64项、实用新型专利28项、外观设计4项，PCT国际阶段专利申请1项、PCT国家阶段申请3项，申请软件著作权1项（比去年同期增长47%）。授权发明专利31项、实用新型专利22项、外观设计专利1项，国际专利授权2项，软件著作权登记1项（比去年同期增长22%）。研究所共发表论文327篇，其中SCI收录83篇、EI收录188篇，出版专著2部。
2011年，金红光研究员获得何梁何利科学与技术进步奖。75吨/小时次高温次高压生物质混合燃料直燃循环流化床锅炉通过了部级科技成果鉴定，鉴定委员会认为该锅炉“达到同类型直燃生物质锅炉的国际先进水平”。研究所荣获中科院院地合作先进集体二等奖。
