中糧集團是蒙牛的第一大戰略股東，作為乳業“國家隊”，蒙牛堅持創新引領，布局全球資源，組建創新網絡，迄今已設立8大研發基地，包括：呼和浩特、北京、上海等境內研發中心，以及蒙牛歐洲創新中心、印尼蒙牛研發中心、印尼艾雪研發中心、澳大利亞貝拉米研發中心、北美草業研發基地等境外研發組織。蒙牛集團2024年研發投入5.13億元，近三年研發投入平均增速為13%，持續推進產品創新與品牌力提升，用高品質的產品和服務滿足消費者的需求。

蒙牛自1999年創業之初即建立了專業的研發團隊，通過完善的人才引、育、留機制，吸引了國內外大量乳業科研人才。
截至目前，蒙牛共有專職研發人員460余人，其中碩博占比80%，博士或高級職稱超過120人，海外歸國人才60余人。有來自耶魯大學、康奈爾大學、俄亥俄州立大學、哥本哈根大學、瓦赫寧根大學、中科院、北京大學、清華大學、中國農業大學、江南大學等中外名校的高端人才。蒙牛研發首席科學家母智深博士當選俄羅斯自然科學院外籍院士，溫永平、母智深、李洪亮等高級專家獲得國務院“政府特殊津貼”，團隊內多人獲得 “草原英才”、“突出貢獻專家”、“新世紀321人才”、“青年創新人才”等省部級稱號，在IDF（國際乳品聯合會）等全球乳制品相關專業組織中擔任職務，在國際乳業科技合作中發揮中國乳業中堅力量。

蒙牛持續加強產學研合作，建立了中國乳業首家“剛性引進”院士專家工作站，在呼和浩特和北京建立了兩個博士后科研工作站，并與數十家食品行業領先的科研機構及高校開展合作，重點合作單位包括中國科學院、中國標準化研究院、中國農業科學院、中國質量檢驗檢測科學研究院、北京大學、清華大學、上海交通大學、瓦赫寧根大學、中山大學、南開大學、中國農業大學、江南大學、北京工商大學、內蒙古農業大學等頂尖科研資源，已牽頭聯合30家高校、科研院所、行業科技領先企業，簽約組建了“乳產業科技創新聯合體”。蒙牛還建立了院士和專家資源庫，并成立了包括10多位院士和100多位專家在內的“蒙牛全球專家智庫”。
圍繞原奶品質、感官科學、包材創新、工藝創新、營養健康、生物技術等核心研究領域，聚焦中國乳業“卡脖子”難題，在母嬰營養研究、菌株篩選及國產化、原奶生物富集技術、乳品深加工技術等方向聯合攻關，獲得了豐碩的研究成果。

蒙牛作為中國航天事業戰略合作伙伴，與航天員研究院成立聯合實驗室，對在軌航天營養功能乳制品進行研究，對特殊膳食食品的研究具有重要意義。2022年10月，蒙牛與中國航天合作，培育篩選出“2016國人1號菌株”和“2016國人2號菌株”兩株太空培育型菌株。

蒙牛是農業產業化國家重點龍頭企業、國家級綠色供應鏈管理企業，作為乳業“國家隊”，蒙牛擁有多個國家級、省部級創新平臺和榮譽資質，包括：國家乳品加工技術研發專業分中心、國家技術標準創新基地（乳業）、國家市場監管總局重點實驗室、博士后科研工作站、國家技術創新示范企業、國家工業產品綠色設計示范企業、國家知識產權示范企業、國家現代農業全產業鏈標準化示范基地、國家級消費品標準化試點等，并與中科院、農科院、北京大學、上海交大、中國農大、江南大學等高校和科研院所組建了“聯合創新中心”、“聯合實驗室”，通過搭建創新平臺，形成“政企學研用”多方合作的良好局面，全面助力創新發展。
蒙牛專利申請和授權數量名列行業前茅。截至目前，已累計申請專利4900余件，累計獲授權專利3900余件，擁有國際專利40余件；榮獲中國乳業首個中國專利銀獎1項、內蒙古自治區專利金獎1項，中國專利優秀獎3項。
蒙牛近10年來累計承擔了38項政府科研任務，包括國家級科研任務11項；省部級科研任務13項；市級科研任務14項。
截至2024年底，蒙牛歷年累計牽頭或參與制修訂標準112項，其中國際標準1項，國家標準35項，行業標準30項，地方標準18項，團體標準28項。
蒙牛累計獲科技獎項137項，包括國家級獎項6項（國家科技進步獎2項、中國專利銀獎1項、中國專利優秀獎3項），省部級獎項12項（教育部技術發明一等獎、農業農村部神農中華農業科技一等獎、內蒙古專利金獎等），市級獎項8項，學會、協會、聯合會獎項95項；其他榮譽獎項16項。
歷年來科技成果登記82項，通過第三方機構科技成果評價（或鑒定）43項，其中 “國際領先”16項；“國際先進”11項。

蒙牛營養健康業務覆蓋常溫乳制品、低溫乳制品、鮮奶、奶粉、奶酪、飲料、冷凍飲品、保健食品、運動營養食品、特醫食品等10大品類，700多個SKU。
在乳制品產業技術升級方面，特侖蘇以優質奶源、低溫膜濃縮技術和優質營養持續引領國內高端奶市場，年營收超300億元，成為全球乳業第一大單品。
蒙牛首創乳成分無損有序解析系統（Lossless Ordered Solution System，LOSS），通過多種技術集成創新，將牛乳各成分按產業化順序無損分離提取，為乳功能配料國產化提供解決方案。
在嬰幼兒配方乳粉“卡脖子”原料領域的創新與產業化方面，蒙牛完成全球首創，開發出結構脂肪（MLCT和新型OPO）酶法合成關鍵技術，全球首家在嬰配奶粉中應用MLCT和新型OPO, 顯著提高了嬰配奶粉脂肪組成和結構與母乳脂肪的相似程度，并且臨床實證了喂養效果更接近母乳。蒙牛瑞哺恩嬰幼兒配方乳粉打破國外技術壟斷，突破了核心配料長期依賴進口的難題。相關創新成果“首次應用MLCT成分和UPU技術生產的新型OPO的嬰幼兒配方奶粉的創制”獲得了中國食品科技學會產品創新一等獎。
蒙牛代表中國乳業首家解決了母乳低聚糖（HMO）卡脖子難題，蒙牛集團自主研發的母乳低聚糖（HMO）通過了國家衛生健康委員會審批，成為首批獲批企業中唯一一家中國本土企業，也是首家獲得FDA認證的中國本土HMO企業，打破了國外壟斷。蒙牛集團自研自產的HMOs已率先應用于瑞哺恩?和初愛牛牛?系列嬰幼兒配方奶粉中；“基于母乳低聚糖免疫組合物在兒童配方液態奶中的關鍵技術應用”榮獲“2024中國食品科技十大進展”，已在未來星兒童牛奶中實現轉化應用。由蒙牛瑞哺恩牽頭制定的HMOs新團標《嬰幼兒配方乳粉及調制乳粉中7種母乳低聚糖的測定》已于2024年正式發布，將助推中國嬰幼兒食品產業升級。
蒙牛在益生菌科研攻關和產業化應用方面取得了“國際領先”的科技成果，引領中國乳業打破了“卡脖子”難題，榮獲國家科技進步獎、中國專利銀獎、教育部“技術發明一等獎”等榮譽獎項，持續引領行業技術進步。
在中老年營養研究領域，蒙牛不斷強化中老年奶粉、成人營養的研發與投入，針對中老年人群身體特征及營養補充需求，圍繞糖尿病、骨骼健康、心腦血管健康等痛點，開發出“悠瑞”系列中老年奶粉，如悠瑞骨力（骨骼關節肌肉）、悠瑞順宜（腸胃）、悠瑞心沛（心血管）以及悠瑞安糖盾（血糖）等，并通過低GI（血糖生成指數）食品認證。蒙牛悠瑞還與北京大學醫學部合作共建了“北大醫學-蒙牛集團營養與代謝健康聯合實驗室”，通過創新技術和科學配方，為有控糖需求的人群提供專屬的控糖解決方案，為中國患有糖尿病的上億人群帶來健康的福音。