实验室以模式识别基础理论、图像处理与计算机视觉以及语音语言信息处理为主要研究方向，研究人类模式识别的机理以及有效的计算方法，为开发智能系统提供关键技术，为探求人类智力的本质提供科学依据。成立近二十年来，我们始终将“面向国家战略需求，瞄准国际学科前沿，开展模式识别领域的基础和应用基础研究，建设国际一流的国家重点实验室，使其成为国内外著名的科学研究、技术创新和人才培养基地，为我国信息高科技的发展提供知识、技术与人才储备”作为实验室的发展目标,努力将实验室建设成为一个高水平的、国际化的科研基地。
实验室现有固定人员32人，45岁以下年青人约占80%，科研骨干均具有博士学位或正高级职称，外籍职工2人。实验室流动人员包括博士后、博士研究生、硕士研究生、高级访问学者和客座研究人员。现有在站博士后10名，在学博士生120名，硕士生82名以及在研开放课题研究人员37名。经过近20 年的建设，实验室形成了一个以年轻学术带头人为核心、以青年科研骨干为主体和以高素质的研究生队伍为主力的结构较为合理的研究梯队，为圆满完成各项科研任务和实现实验室的发展目标奠定了基础。
实验室目前承担着六十余项科研项目，其中包括国家重点基础研究规划“973”项目，国家基金委重大、重点项目，国家杰出青年科学基金项目，国家高技术计划“863”项目，国家基金委面上项目及国际合作项目等。
实验室成员每年在国内外重要的学术期刊和国际学术会议上发表论文百余篇，其中不少发表在国际权威刊物与国际重要会议上，如IEEE汇刊（PAMI等），International Journal of Computer Vision, Pattern Recognition, Image and Vision Computing，Automatica, EuroSpeech, ICSLP, ICASSP, ICCV, ICPR, ACCV等。
近年来，实验室已获准和申请专利90余项，获国家自然科学二等奖1项，国家发明技术二等奖1项，国家科技进步二等奖1项，北京市科学技术奖一等奖1项，中科院自然科学二等奖2项，其它部委级三等奖4项，国际发明金奖与世界知识产权专项奖各1项。
实验室在开展国际国内学术交流与合作方面有着优良的传统。实验室借各种机会，积极组织学术交流。每年一批在美国、法国、德国、日本、英国等地工作的优秀中国留学生，定期到实验室从事短期客座研究，来自世界各地的知名学者到实验室做学术报告达几十人次。1997年实验室通过中科院自动化所和法国国立信息与自动化研究院（INRIA）成立了“中法信息、自动化与应用数学联合实验室”。中法联合实验室是中科院的一项重大国际合作项目，也是国内从事基础研究起步较早的中外合资的实验室之一。2000年10月国际口语翻译先进研究联盟（C-STAR: Consortium for Speech Translation Advanced Research）组织对实验室进行全方位的严格考察,成为其第七个核心成员，并正式签订协议。2002年10月，实验室与世界第一大图像处理公司 Matrox合作成立了“图像联合实验室”，实现了科研单位与国外著名公司在图像领域内的跨国合作。实验室成员积极参与国内外学术组织的工作，担任许多国内外学术期刊的主编、副主编或编委，以及国际重要学术会议的大会主席或程序委员会委员等。2002年模式识别国家重点实验室主任谭铁牛被模式识别与计算机视觉领域的国际权威期刊《IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence》聘为编委，成为该刊自创立20多年来第一位进入该刊编委会的国内学者。2004年9月，蒋田仔研究员被医学影像领域的国际权威期刊IEEE医学影像汇刊（IEEE Transactions on Medical Imaging）聘为编委（Associate Editor）。他是亚洲地区第一位获邀担任该刊的编委，也是惟一一位来自非欧美国家的编委。