中国科学院广州能源研究所根据国家能源战略的需求和科学院的发展规划，设定了三个层次的发展学科：新发展学科、面发展学科和点发展学科。新发展学科着重于部署新的学科方向，以适应国家发展战略和科技需求，通过选择关键领域寻求突破，成为研究所的增长点。例如，微尺度能量传递过程和能源与环境是新发展的两个研究方向，目标是形成自主知识产权的理论和技术，争取在国家层面取得重要地位。
面发展学科致力于构建全面的前沿基础理论和技术创新体系，例如生物质能学科和天然气水合物学科。生物质能学科致力于生物质资源的全面研究，包括能源作物、生物质热化学利用、燃料合成和固体废弃物能等方面，旨在建立国家层面的生物质能研究与技术平台。天然气水合物学科则关注资源评价、开采技术及利用方法，目标是成为国家级的科研基地。
点发展学科虽不追求整体的国家层面竞争，但在特定研究方向上具有国内领先水平。例如，太阳能学科关注太阳能光热转换和光电转换技术，地热能学科研究地热能的转换和直接利用，而海洋能学科则研究波浪能和潮流能的开发利用。这些学科在各自领域内推动国内科研力量的发展。
中国科学院广州能源研究所前身为广东省地热研究室，于1978年10月正式成立，在建所20周年之际的1998年4月原中国科学院广州人造卫星观测站并入。并被中国科学院定位为中国科学院高新技术研究与发展基地型研究所，2001年6月进入中国科学院知识创新工程试点序列。