京津冀协同发展根本上靠创新驱动。以创新的理念破解京津冀协同创新中的障碍，既是党的十八届五中全会的要求，也是京津冀协同创新推进中的关键问题。
京津冀协同创新的重要作用在于，既可以促进分工协作、优势互补，减少技术研究中的“点状化”低水平重复，实现科技资源市场化流动，放大创新的乘数效应，将科技资源聚焦到重点和战略上；又可以消除行政壁垒，将原来分割的、隶属不同区域的科技创新资源无缝对接，减少很多重复性建设的公共性、基础性技术创新设施，产生明显的优化效应；还可以形成带动效应。以创新的理念，根据协同创新重点内容，搭建协同创新载体与平台，构建协同创新推进机制，形成多种类型的协同创新模式，将各方有机链接起来，形成利益共同体，这是推进京津冀协同创新、建设创新共同体的关键。
根据京津冀协同创新内容，将创新分为以下几种模式：
一、技术创新攻关类。主要协同内容是根据经济社会发展对技术创新的需求，充分发挥京津冀各方优势，联合进行重大技术攻关，包括产业、环境资源、社会发展等领域技术攻关。
可行模式包括：一是技术创新战略联盟。从京津冀协同创新来看，通过大力发展联接京津冀的技术创新战略联盟，充分发挥京津冀企业、科研机构、大学等各自优势，形成紧密型的技术创新共同体，提升技术创新能力。二是技术创新平台。包括联合建立重点实验室、工程技术创新中心、企业技术创新中心等，联合的主体可以是大学、科研机构、大型企业、中介等。这种方式主要是针对破解产业发展中的技术瓶颈和共性技术，发挥各自的人才、产业、信息等优势，联合共建各类载体与平台，提升创新驱动发展能力。三是技术创新虚拟组织。一般由有技术需求的企业、产业集群、产业基地等发起成立，为了弥补自身技术创新能力不足，联合相关研发机构、大学等，形成围绕自身技术创新需求的、网络化虚拟型组织，采取“有事就聚合，无事就散开”的方式。这种创新组织成本较低，效率较高。
需要建立的协同机制主要有：一是设立跨区域技术协同创新联系机构，如科技创新联席会议制度、重大科技攻关项目办公室等，对联盟、平台运行中出现的问题、政府支持方向与政策等进行协商决策。二是对正式建立并开展相应技术创新协同项目给予创新专项资金支持。
二、科技成果转化类。主要协同内容是针对北京科技创新资源丰富、知识创造能力强、科技成果众多的特点，通过科技成果在津冀孵化、转化和产业化，形成北京研发、周边转化的创新链与产业链，提高创新效率和产出效益。
可行模式包括：一是建立中关村合作园。主要优点是可以享受中关村创新优惠政策、建立创新资源流动机制等，通过其关联影响、扩散效应、示范效应，促进产业转型升级。二是科技园区。包括综合性的科技城，也包括高新区和科技企业孵化器。目前已经开始建设的有天津的未来科技城、河北的白洋淀科技城，以及一批高新区。目前一方面存在着园区配套能力不高、承接能力不强等问题，也存在着北京科技成果和产业向周边转移的利益障碍。三是科技大市场。通过“线上”“线下”融合发展，推动“政产学研金介用”等各类科技创新主体的全面、实时对接，产生协同效应，提高科技成果转化效率。
需要建立的协同机制包括：一是建立分税体制，如中关村海淀园秦皇岛分园建立了“四四二”财税机制，即中关村海淀园、秦皇岛市和中关村海淀园秦皇岛分园按照“四四二”的比例享有税收权力。二是实现部分公共服务的一体化，包括工商注册、电信服务、子女教育等保留在京，以解决科技成果转化、产业转移中的后顾之忧。三是建立三方科技成果定时、定点对接发布制度，及时、高效推动科技成果转化与产业化。
三、创新资源共享类。主要协同内容是科技创新技术基础设施共建共享，包括京津冀区域的大型仪器设备共享、科技情报资源共享和创新人才共享等。
可行模式包括：一是建立京津冀大型仪器设备共享联盟。将联盟内的大型科学仪器由原来的“点对点”服务扩展到“点对面”，既可以提高现有大型仪器设备使用效率，增加收益，还可以提升对企业创新发展、产业集群提升的支撑能力。二是建立京津冀科技情报资源共享联盟。一方面可以优化配置和提高原有科技情报资源的利用效率；另一方面也可以避免重复性购置，节约资金。三是建立京津冀科技专家信息服务网。面向京津冀企业、市县，以服务技术创新需求为重点，建立统一的科技专家资源服务信息网络，在更大范围优化配置人才资源，提升人才支撑创新发展的能力。
需要建立的协同机制包括：一是建立集公益性与市场化相结合的大型仪器设备、科技情报资源共享规则，形成稳定的服务于京津冀创新发展的统一网络化服务平台。二是成立由三方和涉及相关部门（包括科技、质监、食品安监、文化、宣传、出入境等）的联席会议，及时解决在大型仪器设备共享、新科技情报资源共享、创新人才流动中出现的重大问题。