C'est le centre de contrôle de mission pour la plupart des projets spatiaux de l'ESA. Il surveille habituellement une demi-douzaine de projets simultanément grâce à un réseau mondial de stations de poursuite de trajectoire, réseau auquel appartient aussi le réseau Deep Space de la NASA.
Pendant le déroulement des missions, l'ESOC propose des corrections de trajectoires ; il surveille également les trajectoires de milliers de débris de véhicules spatiaux orbitant autour de la Terre, et permet de prévoir les dangers de collisions.
Le Centre a pris de plus en plus d'importance au cours de cette dernière décennie, avec l'augmentation du nombre de missions spatiales européennes.
Parmi les missions actuelles, l'ESOC coordonne notamment Mars Express, Rosetta, SMART-1.