主要研究方向为：交通规划与管理、智能交通系统、道路工程、桥梁工程以及城市策划与规划。专业覆盖
交通运输规划与管理，道路与铁路工程，交通信息与控制3个领域。 交通研究所在交通规划领域处于国内领先地位，在轨道交通客流预测理论与方法、经济圈交通规划理论与方法、可持续交通理论以及交通拥堵机理分析和解决对策等方面做了创新性工作。先后承担和完成了国家发改委委托的《区域综合交通系统规划理论与方法》研究、国家工程院的《复杂交通网络分析相关的基础理论》研究、国家科技部《经济圈交通规划理论与方法研究》、国际合作项目《城市可持续交通基础理论与政策研究》等课题以及城市综合交通规划，城市交通管理规划等各类交通规划多项项目。其中包括国家综合运输网规划，兰州、大连、济宁、临沂、廊坊、曹妃甸、沈阳沈北新城、宝鸡、齐齐哈尔等城市的综合交通规划，杭州、沈阳、大连、温州等城市的交通管理规划。
智能交通是清华交通所的另一重要研究领域，先后承担和完成了国家十五攻关课题的规划软件、平台软件和信号控制系统软件开发、国家十五智能交通示范城市杭州市的智能交通管理与指挥系统规划设计和软件开发、科技奥运城际智能交通管理与信息服务系统开发研究、北京市道路交通流预测预报系统开发研究等重大项目。