מרכזי ידע תשתיתיים הם מרכזים הממוקמים במוסדות מחקר קיימים.
הרעיון הבסיסי העומד מאחורי מרכז ידע הוא מתן שירות לחוקרים והעברת ידע מתקדם קיים, ולא יצירת ידע חדש, כמקובל בפרויקטי מחקר.

בשנת 1995 יזם משרד המדע והטכנולוגיה באמצעות ועדת היגוי שהוקמה על ידו, תוכנית לתמיכה במחקר גנרי שנקראה תוכנית לפיתוח תשתיות מדעיות וטכנולוגיות. הוועדה הגדירה בשעתו חמישה תחומים בעלי עדיפות לאומית, שבהם נמצאת ישראל בחזית הידע העולמי, ובהם יש לה יתרון יחסי (אלקטרואופטיקה, ביוטכנולוגיה, מידע ותקשוב, חומרים מתקדמים ומיקרואלקטרוניקה). ליישום המלצות אלו הוקמו ועדות לאומיות לכל אחד בתחומים הנ"ל.
במסגרת תוכנית זו הוועדה הלאומית לביוטכנולוגיה המליצה שיהיו הן פרויקטים תשתיתיים והן מעבדות תשתית. עקרון מעבדות התשתית הורחב בשלב מאוחר יותר לתחומי העדיפות השונים של המשרד.

נקודת המוצא להקמת מעבדות תשתית היא להטמיע ולפתח טכנולוגיות בהן קיים "צוואר בקבוק" בקידום המחקר בישראל, בנושאים בעלי תועלת מרבית לכלכלתה ולרווחתה של המדינה. טכנולוגיות אלו מורכבות ודורשות ידע, מיומנות וציוד מיוחד שניתן לנצלו במספר רב של פרויקטי מחקר תשתיתיים. מעבדות תשתית אלה שודרגו בשנת 2002 ל"מרכזי ידע תשתיתיים". למרכזי הידע גובשו נוהלי עבודה ייחודיים השונים מפרויקטים מחקריים רגילים.

המרכזים נועדו לעסוק בפיתוח והטמעה של טכנולוגיות מתקדמות מהדור החדש. הכוונה היא בעיקר למערכות ציוד מתקדמות ויקרות שאינן בהישג יד של כל מוסד מדעי יחיד, ולצידן צוות מקצועי מיומן המומחה בהפעלת הציוד ובשימושיו הטכנולוגיים.

מטרת הקמתם של מרכזי הידע היא לגרום לכך שהטכנולוגיות הכי מתקדמות והכי חדישות יהיו נגישות באופן שווה לכל קהיליית החוקרים הישראלים הנזקקים להן, באקדמיה, בתעשייה, במוסדות מחקר, ולכל דורש.

העקרונות המאפיינים מרכזי ידע תשתיתיים: יחיד בארץ ו/או מוביל בתחומו, חיוני להתפתחות המחקר והפיתוח בתחום ובראשו עומד מדען בכיר פעיל המצוי בחזית הידע. המרכז צריך להיות מבוסס על תשתית קיימת באקדמיה, במוסד מחקר או בתעשייה לפי העניין, ונותן שירות למגוון חוקרים, באקדמיה, בתעשייה ובמוסדות מחקר.

לכל מרכז ידע מונתה ועדת היגוי המורכבת מנציגי משרד המדע, המוסד המארח וממומחים חיצוניים, שתפקידה העיקרי לייעץ למרכז הידע, למוסד ולמשרד המדע בכל הקשור לפעילות המרכז. בנוסף לליווי המדעי והמקצועי של פעילות המרכז כל ועדת היגוי מסייעת למרכז בגיבוש נוהל למתן שירות, לרבות נוהל לקביעת סדר קדימות, בקביעת תעריפי השרות ובקביעת תכנית לשיווק השירותים שהמרכז נותן.