Bioökonomie bedeutet, dass fossile durch biobasierte Rohstoffe ersetzt werden. Dies ist eine Voraussetzung um nachhaltigere Wirtschaftssysteme zu ermöglichen.  Der Acker kann dabei zum Produktionsort wertvoller pflanzlicher Rohstoffe werden. Hierzu gehören spezifische Kohlenhydratmoleküle, z. B. aus Getreide und Zuckerrüben, Fettsäuren aus Ölpflanzen wie Raps, Sonnenblume und Lein, aber auch Fasern aus Leinpflanzen oder Fasernessel sowie Wirkstoffe aus Arznei- und Gewürzpflanzen. Deren Verwendungen sind vielfältig und umfassen unter anderem Biopolymere, Bau- und Dämmstoffe, Faserverbundwerkstoffe, Kultursubstrate (z. B. als Torfersatz) sowie wertvolle Rohstoffe für die Human- und Tiergesundheit.

Ziel der Forschung des JKI ist die nachhaltige Erzeugung und die effiziente, kreislauforientierte Nutzung biogener Rohstoffe. Zugleich soll die Bodenfruchtbarkeit erhalten, die Umwelt (insbesondere Gewässer- und Luftqualität) geschont und die Artenvielfalt erhalten oder sogar erhöht werden.

Die Kulturpflanzen werden hinsichtlich der Art und des Gehalts an qualitätsbestimmenden Inhaltsstoffen analysiert. Dies beinhaltet z.B. den Wirkstoffertrag oder den Energiegehalt der Pflanze. Zudem prüft das JKI die Integrationsfähigkeit der potenziellen Agrarkultur in nachhaltige Anbausysteme und forscht an der Umsetzung eines umweltgerechten Pflanzenschutzes.

Das gilt in besonderem Maße für bisher nicht oder nur in geringem Umfang kultivierte Arten und deren Integration in bestehende Fruchtfolgen. Auch eine Kaskadennutzung sowie neue Verwertungsmöglichkeiten von Reststoffen oder Koppelprodukten werden geprüft.