A Petrobrás planeja investir aproximadamente US$ 1,5 bilhão em Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) até o fim de 2012, praticamente o mesmo valor aplicado em 2011, que foi de US$ 1,454 bilhão. No últimos três anos, a estatal aplicou US$ 3,1 bilhões em P&D, em média de US$ 1,041 bilhão por ano, valores seis vezes superiores aos aplicados nos cinco anos antecedentes. É o segundo maior orçamento anual de investimentos do setor no mundo, perdendo apenas para a Petrochina, que investiu US$ 2,056 bilhões, em média.

A maior parte (48%) dos recursos tem sido aplicada em projetos destinados à produção. Outros 21% foram para o chamado downstream (refinarias, distribuição e venda de combustíveis); 22% em exploração e meio ambiente e o restante em biocombustíveis, gás e outras aplicações. A área de P&D da Petrobras está articulada com 120 universidades brasileiras através de 50 redes temáticas.