Ένας από τους βασικούς στόχους της UNESCO είναι η προώθηση της επιστήμης, το «S» στο όνομά της αντιπροσωπεύει τον τομέα των Φυσικών Επιστημών, στον οποίο έχει στρέψει ιδιαίτερα το ενδιαφέρον της από το 1964.

Η UNESCO προωθεί τη διεθνή συνεργασία στον τομέα της επιστήμης προς όφελος της ειρήνης, των ανθρωπίνων δικαιωμάτων και της ανάπτυξης ενώ  ενδιαφέρεται για την ανταλλαγή τεχνογνωσίας μέσα από διεθνή προγράμματα και ειδικές θεματικές.

Επιπλέον, ο τομέας των Φυσικών Επιστημών συμβάλλει στην υλοποίηση των στόχων του Οργανισμού προάγοντας την επιστημονική έρευνα και την αειφόρο ανάπτυξη με απώτερο σκοπό την εξάλειψη της φτώχιας, της ανισότητας και την οικοδόμηση της ειρήνης.

Η UNESCO λειτουργεί ως καταλύτης για τη διεθνή συνεργασία στον τομέα της επιστήμης, προωθεί τον διάλογο μεταξύ επιστημόνων και φορέων χάραξης πολιτικής, λειτουργεί ως πλατφόρμα για την ανταλλαγή ιδεών και τον καθορισμό προτύπων.
Εφαρμόζει προγράμματα και έργα σχετικά με τις θετικές επιστήμες και το περιβάλλον σε όλο τον κόσμο δίνοντας έμφαση στις αναπτυσσόμενες χώρες, ιδίως στην Αφρική, που αποτελεί μία από τις δύο προτεραιότητες του διεθνούς οργανισμού και την εξασφάλιση της ισότητας των φύλων στην επιστήμη. Διατομεακά ζητήματα περιλαμβάνουν τη μείωση των φυσικών καταστροφών, της βιοποικιλότητας, τη μηχανική, την επιστημονική εκπαίδευση, την κλιματική αλλαγή και την αειφόρο ανάπτυξη σε μικρά νησιωτικά αναπτυσσόμενα κράτη.

Σήμερα, αναγνωρίζεται όλο και περισσότερο ότι οι λύσεις στις παγκόσμιες προκλήσεις, όπως η κλιματική αλλαγή και η ανεργία των νέων χρειάζεται μια πολυτομεακή απάντηση και σε αυτό η UNESCO κινητοποιεί την επιστημονική γνώση της.

Τα μεγάλα διεθνή προγράμματα αφορούν στα γλυκά νερά και τα θαλάσσια ύδατα, τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, την πρόληψη φυσικών καταστροφών με την υποστήριξη των θετικών επιστημών, των γεωεπιστημών, τη μηχανική όπως: Διεθνές Υδρολογικό Πρόγραμμα (IHP), Πρόγραμμα Άνθρωπος και Βιόσφαιρα (MAB), Διεθνές Πρόγραμμα Γεωεπιστημών (IGCP), Διεθνές Πρόγραμμα Βασικών Επιστημών (IBSP) καθώς και η Διακυβερνητική Ωκεανογραφική Επιτροπή (IOC-UNESCO).

Τα προγράμματα υλοποιούνται και μέσω του Ινστιτούτου για την Εκπαίδευση για το Νερό, το Abdus Salaam Διεθνές Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής, το Ινστιτούτο Στατιστικών καθώς και 50 συνδεδεμένα κέντρα.

Η δημιουργία της γνώσης και της κατανόησης μέσω της επιστήμης μας εξοπλίζει για να βρούμε λύσεις σε σημαντικές οικονομικές, κοινωνικές και περιβαλλοντικές προκλήσεις του σήμερα και για την επίτευξη της αειφόρου ανάπτυξης και το πρασίνισμα της κοινωνίας. Δεδομένου ότι καμία χώρα δεν μπορεί να επιτύχει αειφόρο ανάπτυξη από μόνη της, η διεθνής επιστημονική συνεργασία αυτή συμβάλλει, όχι μόνο στην απόκτηση επιστημονικών γνώσεων αλλά και για την οικοδόμηση της ειρήνης.