ปตท.สผ. มีการวางกลยุทธ์ด้านนวัตกรรมที่ชัดเจนและสอดคล้องกับกลยุทธ์ทางธุรกิจ มุ่งเน้นและให้ความสำคัญในการนำงานวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงมาใช้ในการทำงาน รวมทั้งประยุกต์ใช้นวัตกรรมที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล (Data Driven Innovation) และเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์และหุ่นยนต์ (AI & Robotics) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการสำรวจและผลิตปิโตรเลียม ปตท.สผ. มีระบบการบริหารจัดการงานวิจัยด้านนวัตกรรมเชิงลึกภายในองค์กรที่เข้มแข็ง โดยการทำงานร่วมกันกับสถาบันวิจัยต่าง ๆ ทั้งในและต่างประเทศ และการพัฒนาบุคลากรภายในองค์กร นอกจากนี้ยังมีการจัดตั้ง บริษัทเอไอ แอนด์ โรโบติกส์ เวนเจอร์ส จำกัด (เออาร์วี) เพื่อให้บริการด้านเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์และหุ่นยนต์แก่ธุรกิจต่าง ๆ และเป็นแพลทฟอร์มเพื่อการสร้างนวัตกรรมใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่อง