Cette entité, responsable des différents programmes de recherche et de développement, vient en soutien aux trois autres activités de la division BDS.
Les ingénieurs de Phantom Works travaillent en partenariat avec leurs collègues de Boeing Research & Technology, et s’appuient sur les innovations du groupe Boeing. Le Phantom Ray, le SolarEagle (programme de démonstration Vulture II), le Phantom Eye, le X-51A WaveRider et le X-48B Blended Wing Body comptent parmi les programmes en cours de développement.