清能院下設循環流化床鍋爐技術部、低質煤清潔高效利用技術部、綠色煤電技術部、溫室氣體減排技術部、清潔能源系統設計最佳化技術部和可再生能源發電技術部等專業部門。重點研發方向涵蓋近零排放燃煤發電、煤氣化及煤基清潔轉化、CO2捕集利用和封存、大型循環流化床鍋爐、低質煤高效利用、水電、風電、太陽能發電、海洋能發電、生物質能發電、發電新材料、能源系統設計最佳化、頁岩氣和煤層氣開發等技術領域。清能院在清潔能源發電技術領域，攻克了一系列重大關鍵技術，擁有一批自主智慧財產權的核心技術，在國內外能源領域得到廣泛套用。
清能院擁有一批長期從事清潔能源發電技術研發和示範的科研團隊，其中，國家“千人計畫”人才5人，國務院特殊政府津貼專家4人，“百千萬人才工程”國家級人選1人，“科技北京百名科技領軍人才”1人，90%的職工擁有博士和碩士學位。
清能院擁有一流的科研平台，是“國家能源煤清潔低碳發電技術研發（實驗）中心”、“國家能源水能高效利用與大壩安全技術研發（實驗）中心”、“煤基清潔能源國家重點實驗室”以及“中美清潔能源聯合研究中心”的重要依託單位。還建成了“溫室氣體減排北京市重點實驗室”和“北京市低質清潔高效利用技術研發中心”。清能院積極參與國家產業聯盟的創建，目前參與了“二氧化碳捕集、利用與封存產業技術創新戰略聯盟”及“國家700℃超超臨界燃煤發電技術創新聯盟”兩個國家級創新戰略聯盟的創立，並成為聯盟核心成員。最近正在籌劃海洋能發電研究中心，已經獲得了集團和國家的支持。
華能清能院是“中美清潔能源聯合研究中心”清潔煤技術聯盟的重要參與單位，在總體工作組中負責二氧化碳燃燒前捕集和燃燒後捕集兩個方向。
率先在國內提出“綠色煤電”計畫，開發並示範以整體煤氣化聯合循環(IGCC )為基礎，並對二氧化碳進行分離、利用或封存（CCUS）的新型煤炭發電技術。這一系統可使煤炭發電效率提高到50%—60%，並實現污染物和二氧化碳近零排放，從根本上解決燃煤發電對環境的污染問題。目前，我國首台具有自主智慧財產權的25萬千瓦級天津IGCC電站已併網發電，燃燒前CO2捕集示範工程也將在年內開工建設。
華能清能院研發了具有自主智慧財產權的先進的燃燒後CO2捕集技術。2008年7月建成並投產我國第一套燃煤電廠CO2捕集裝置——華能北京3000噸/年CO2試驗示範裝置，該項目被列入《中澳關於氣候變化和能源問題的聯合聲明》，Science、Nature、CCTV、人民日報等知名媒體進行了專題報導。獲2009年度中國電力學科技術獎一等獎。
2009年12月建成並投產目前世界上最大的燃煤電廠CO2捕集工程——華能上海12萬噸/年CO2捕集示範工程，2010年1月24日《人民日報》頭版頭條進行了報導。被授予聯合國環境友好型城市示範項目。獲2010年度國家能源科技進步獎一等獎。
