Os departamentos de engenharia elétrica, engenharia mecânica e ciências da computação contam com laboratórios que desenvolvem pesquisas que são internacionamente reconhecidas, além de projetos com algumas das mais destacadas empresas de engenharia e tecnologia nacionais e internacionais. Os estudantes ainda durante a graduação podem participar dessas pesquisas e projetos, por meio do programa de iniciação científica e tecnológica (com possibilidade de remuneração), trabalho de conclusão de curso ou estágio. A seguir são apresentados alguns dos laboratórios que os alunos de engenharia mecatrônica têm desenvolvido atividades de pesquisa.
Departamento de Engenharia Elétrica
Laboratório de Automação e Robótica (LARA)
O LARA dispõe de robôs com rodas Pioneer, manipuladores robóticos Schunk e Universal Robots, robôs humanoides NAO, dentre vários outros. Dentre as pesquisas realizadas, destaca-se atualmente o desenvolvimento de políticas de cooperação entre robôs e entre robôs e humanos.
Laboratório de Controle de Processos Industriais (LCPI)
No Laboratório de Controle de Processos Industriais (LCPI) são realizadas pesquisas na área de controle de processos validando algoritmos de controle e estimação em equipamentos e plantas que emulam condições encontradas na indústria. Dessa forma, pesquisas teóricas desenvolvidas por meio de técnicas sofisticadas da teoria de controle moderno podem ser testadas em Controladores Lógicos Programáveis utilizados pela indústria e em processos não lineares envolvendo o controle de vazão, temperatura e nível e outras variáveis de interesse. Os projetos de pequisa mais recentes abordam a melhoria de desempenho de malhas de controle em plantas de petróleo, testadas com sucesso em um refinaria, por meio da aplicação de técnicas de controle robusto, filtragem, desigualdades matriciais lineares (LMIs) e a teoria de estabilidade de Lyapunov.
Laboratório de Robótica Aérea (Aerolab)
No Laboratório de Robótica Aérea são desenvolvidos e implementados algoritmos de navegação e controle para veículos aéreos não tripulados (VANTs). O Aerolab ocupa uma área de aproximadamente 50 m² e conta com inúmeros VANTs projetados e construídos com recursos provenientes de agências de fomento como o CNPq e a FAPDF. Os projetos de pesquisa mais recentes do laboratório abordam a interação entre vários VANTs, que compartilham informações entre eles, para cumprir missões com fins civis ou militares. Para isso estão sendo utilizadas técnicas de controle robusto, controle não linear e inteligência artificial.
Laboratório de Simulação e Controle de Sistemas Aeroespaciais (LODESTAR)
Estruturado em três divisões principais, agrupa pesquisadores alinhados com a pesquisa e o desenvolvimento tecnológico no contexto de missões espaciais, simulador de pequenos satélites e plataformas científicas de alta altitude. Sua infraestrutura está dividida em três ambientes principais, organizados em uma área total de aproximadamente 100 m², consistindo em um ambiente para desenvolvimento e simulação de hardware e firmware com soluções hardware-in-the-loop, uma estação solo de comando e controle de satélites em banda UHF (downlink/uplink) e S (downlink), e uma estação de medições a laser da distância de satélites à superfície terrestre. Com o objetivo de desenvolver competências para o planejamento, análise e projeto de missões espaciais, e garantir o acesso ao espaço para sua equipe e parceiros, a divisão de Missão Espacial do LODESTAR é responsável pela pesquisa e desenvolvimento tecnológico na área de gestão de missões espaciais, análise e projeto de pequenos satélites, sistemas de navegação global por satélite, clima espacial, telecomunicações, segurança cibernética, operação, comando e controle, bem como desenvolvimento de hardware e firmware para aplicações espaciais. A divisão de Simulador de Pequenos Satélites foi criada com o objetivo de fornecer infraestrutura para testes de validação para aplicações espaciais em um ambiente representativo, tendo foco em aspectos críticos de segurança e de missão em níveis de sistema, subsistema e equipamentos. Finalmente, a divisão de Plataformas Científicas de Alta Altitude do LODESTAR desenvolve desde 2014 uma plataforma modular para aplicações em altas altitudes. Trata-se de uma plataforma de baixo custo para a realização de testes de validação, atividades educacionais e experimentos em um ambiente próximo à Terra.
Grupo de Processamento Digital de Sinais (GPDS)
O laboratório tem instalações físicas em uma área de 160 m², constituída por uma sala de computação, um laboratório de desenvolvimento de hardware, uma sala de reuniões, uma sala para almoxarifado, uma pequena biblioteca e seis salas para pesquisadores e alunos do grupo. Os recursos computacionais do GPDS incluem hardware, software, aplicativo Matlab e outros recursos para pesquisa em Processamento de Sinais, com foco especial em processamento de mídia digital (imagem, vídeo, áudio e voz), compressão de dados, processamento de sinais geofísicos e comunicações digitais.
Departamento de Engenharia Mecânica
Grupo de Automação e Controle
O GRACO - Grupo de Automação e Controle - é um grupo de pesquisa multidisciplinar vinculado à Universidade de Brasília, atuante principalmente nas áreas de Instrumentação, Automação, Controle de Processos de Fabricação, Desenvolvimento e Caracterização de Materiais Funcionais.
Diversas linhas de pesquisa estão continuamente em desenvolvimento nas dependências do GRACO, bem como em laboratórios parceiros: Robótica, Visão Computacional, Sistemas Embarcados, Soldagem, Usinagem, Monitoração de Processos, Automação Offshore, Manufatura Aditiva e Novos Materiais para Sensores e Atuadores são exemplos de linhas em desenvolvimento.
Parcerias nacionais e internacionais vêm sendo desenvolvidas com parceiros tanto acadêmicos quanto industriais, resultando em uma produção científico-tecnológica bastante acentuada e com impacto reconhecido na sociedade.
Laboratório de Sistemas Embarcados
Laboratório de projeto, simulação e implementação de sistemas embarcados de aplicações específicas. Com a utilização de microcontroladores, eletrônica analógica e digital, além de FPGAs, o foco do laboratório é o desenvolvimento de sistemas embarcados para aplicações de robótica, visão computacional, instrumentação e controle de processos de fabricação. 
Laboratório de Automação Offshore
Este laboratório tem como foco ajudar as indústrias de energia e naval a atuar de maneira mais eficiente e segura através do uso e aperfeiçoamento da automação, controle e otimização. O laboratório conta atualmente com mais de 15 alunos dos diferentes níveis, desde alunos de iniciação científica até pós-doutorado e forte interação com a indústria. De onde destacamos parceiros como Petrobras, Furnas, Repsol e GeoDeep.
As atividades técnicas atualmente se concentram no controle de processos em refinarias e plataformas de petróleo, assim como a otimização de produção em usinas hidrelétricas e reservatórios de petróleo.
Laboratório de Robótica e Visão Computacional
O Laboratório de Robótica e Visão Computacional do Departamento de Engenharia Mecânica está voltado para pesquisa na área de robótica industrial, com robôs dos tipos manipulador e móvel, em seus aspectos construtivos, de modelamento dinâmico, cinemático e sensoreamento. A Visão Computacional é pesquisada como visão robótica, objetivando o uso de sistemas de visão para navegação, metrologia, monitoramento e controle de robôs.
Departamento de Ciências da Computação
Laboratório de Sistemas Integrados e Concorrentes (LAICO)
Pesquisas em Computação reconfigurável, Sistemas embarcados, robotica, desenvolvimento de jogos , hardware, microletrônica.
Laboratório de Raciocínio Automatizado (LARA)
Pesquisas em Inteligência artificial, inteligência artificial aplicada, sistemas de apoio a decisão, raciocínio probabilístico, representação do conhecimento, mineração de dados e textos, sistemas de recomendação, sistemas tutores inteligentes, ambientes computacionais de aprendizagem, sistemas para cooperação, e controle semafórico neuro-fuzzy.
Laboratório de Imagens, Sinais e Acústica (LISA)
Processamento Digital de Sinais, Processamento de Imagens e Visão Computacional
