OSEO assure trois missions : il soutient l'innovation des entreprises ; il garantit les prêts bancaires aux PME, et il participe à leur financement.
Dans son rôle essentiel de soutien à l'innovation, OSEO, par la voie de sa filiale OSEO innovation, participe au financement de projets issus des pôles de compétitivité. Par la distribution des aides à l'innovation auparavant gérées par l'ANVAR, il a ainsi soutenu 513 projets issus des pôles en 2008, d'un montant de 250 000 euros en moyenne. En outre, du fait de l'intégration de l'Agence de l'innovation industrielle (AII), OSEO gère depuis le 1er janvier 2008 un nouveau programme d'innovation stratégique industrielle, ISI : il finance dans ce cadre six gros projets issus des pôles, pour un montant de 109 millions d'euros. En 2008, OSEO a donc financé des projets issus de pôles de compétitivité pour un montant de 186 millions d'euros, alors que l'Agence nationale de la recherche, l'ANR, y a consacré 178 millions d'euros et l'État 235 millions via le Fonds unique interministériel, FUI.
La place d'OSEO dans les pôles de compétitivité devrait encore se renforcer à l'avenir. En effet, Le Président de la République a annoncé en décembre 2007 le principe du transfert de la gestion du FUI à OSEO, qui devrait être réalisé sous peu.