“行动计划”系统布局了科技战略研究、基础前沿交叉创新、关键核心技术突破、新技术综合示范、人才支持培育、国际合作支撑、创新体系能力提升、“双碳”科普等八大行动。面向“双碳”战略重大科技需求，以科技创新为核心任务，在能源、碳汇等领域从基础研究、关键核心技术突破到综合示范全链条布局，同时围绕科技创新任务，在人才队伍建设、国际合作、平台条件和科普与传播等方面全方位支撑保障，具体实施18项重点任务。
“行动计划”明确了近期、中期、远期不同阶段发展目标：到2025年，突破若干支撑碳达峰的关键技术，促进经济社会低碳绿色转型，探索支撑碳中和目标的颠覆性、变革性技术。明确碳汇机理，形成碳源汇监测、核算的科学方案，为国家相关决策提供科学依据；突破化石能源、可再生能源、核能、碳汇等关键技术；推进重点行业低碳技术综合示范，支撑产业绿色转型发展。
到2030年，支撑碳达峰的关键技术达到国际先进水平，有力支撑碳达峰目标实现;支撑碳中和的科学原理和关键技术取得重大突破，为碳中和目标提供科技储备和解决方案。提出并验证一批原创性新原理和颠覆性技术；构建以新能源为重点的多能融合技术体系和生态系统增汇技术体系；形成重点行业低碳转型发展系统解决方案，为碳中和示范区提供系统性技术支撑。
到2060年，突破一批原创性、颠覆性技术并实现应用，有力支撑碳中和目标实现。为构建绿色低碳、循环发展的经济体系和清洁低碳、安全高效的能源体系，实现碳中和战略目标提供科学基础、关键技术和系统解决方案，碳减排和固碳增汇等技术达到国际领先水平。
中科院前期已在“双碳”领域部署实施了“能源化学转化的本质与调控”“变革性洁净能源关键技术与示范”“钍基熔盐堆核能系统”“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”“美丽中国生态文明建设科技工程”“地球大数据科学工程”等一批战略性先导科技专项，在能源转化基础理论、化石能源和可再生能源关键技术、先进核能系统、全球气候变化、污染防控与综合治理等方面取得了一批原创性重大成果。2021年10月，中科院又专门部署了“煤炭清洁燃烧与低碳利用”先导专项，旨在通过突破燃煤发电灵活调峰等关键技术，保障我国能源和产业链安全，支撑能源强国战略。
