O CTMSP atua em diversas áreas tecnológicas, tais como o desenvolvimento de sistemas térmicos, químicos e eletromecânicos, de processos químicos e projetos, fabricação e testes de componentes. Conta, para isto, com o suporte de diversas instalações laboratoriais e oficinas em São Paulo e em Iperó, região de Sorocaba.

Dentro da sede, localizada na Cidade Universitária da Universidade de São Paulo, trabalham servidores militares e civis que exercem atividades técnicas de engenharia, pesquisa e desenvolvimento, gerenciamento de projetos e atividades administrativas.

No CEA, estão as principais oficinas, usinas, laboratórios e protótipos desenvolvidos pelo CTMSP. Entre eles, destacam-se o Laboratório Radioecológico (LARE), responsável pelo controle dos efluentes liberados para o meio externo do CEA e pela monitoração de amostras ambientais ao redor do Centro, e o Laboratório de Geração de Energia Núcleo-Elétrica (LABGENE), que será uma instalação experimental em terra de uma planta de propulsão nuclear.