UPM:n tutkimus ja kehitys (T&K) luo uusia tuotteita ja liiketoimintaa sekä kehittää nykyisten liiketoimintojen kilpailukykyä. Viime vuosina UPM on panostanut tutkimukseen, jolla luodaan uutta lisäarvoa metsäbiomassan käytölle. Tällaisia sovelluksia ovat esimerkiksi biopolttoaineet, biokemikaalit, biokomposiitit ja fibrillisellu. UPM käyttää T&K -hankkeisiin noin 45 miljoonaa euroa vuodessa.
UPM:n tutkimus- ja kehitystyössä työskentelee noin 300 ammattilaista 5 tutkimuskeskuksessa. Lappeenrannan yksikkö keskittyy kuitujen ja papereiden tutkimukseen. Samassa kaupungissa toimii myös UPM:n biojalostamokehityskeskus. Tampereella kehitetään tarralaminaatteja, ja Lahdessa tehdään vaneri- ja komposiittitutkimusta. UPM:n uusiokuidun tutkimus on Augsburgissa Saksassa. Aasian T&K -keskus Kiinassa vastaa paikallisten kuituraaka-aineiden tutkimuksesta. Uruguayn Fray Bentosiin vuoden 2012 alkupuoliskolla perustettava osaamiskeskus tutkii eukalyptuspuulajeja ja niiden vaikutusta sellun lopputuotteiden ominaisuuksiin.
Yhtiö tekee jatkuvasti maailmanlaajuista yhteistyötä useiden tutkimuslaitosten ja yliopistojen kanssa. UPM on mukana 15 prosentin osuudella Metsäklusteri Oy:ssä, joka on Suomen metsäalan yhteinen tutkimus- ja innovaatioverkosto.