Didier Besnard entre à la Direction des applications militaires au CEA en 1979, en tant qu'ingénieur de recherche dans le domaine de la modélisation et la simulation des plasmas laser. En 1991, il prend la direction du service en charge de l'ensemble des logiciels de simulation. Durant toute cette période, il effectue de nombreux séjours au Los Alamos National Laboratory (USA), en tant que consultant dans le domaine de la modélisation des écoulements turbulents.

En 1994, il reçoit le prix ''Sciences et Défense'', décerné par le Ministre de la Défense, pour ses travaux sur les instabilités hydrodynamiques et la turbulence de mélange.

De 1997 à 2000, il est chef du Département de thermo-hydraulique et de physique au CEA de Grenoble, département dont l'activité couvre le réacteur, le cycle du combustible et les technologies de l'énergie.

En 2000, de retour à la Direction des applications militaires, il est nommé directeur du programme Simulation, qui permet de garantir la fiabilité et la sûreté des armes nucléaires françaises sans essais nucléaires.

Depuis décembre 2008, Didier Besnard était directeur du Centre d'études de Gramat, rattaché à la Délégation générale de l'armement du Ministère de la Défense. Suite au vote de l'article de loi transférant le centre de Gramat au CEA, à la Direction des applications militaires, Didier Besnard est reconduit dans ses fonctions, au sein de cette direction.

Comptant 250 salariés, le centre de Gramat est le centre de référence nationale pour l'évaluation des vulnérabilités des systèmes d'armes aux agressions nucléaires et conventionnelles. Le rattachement du centre au CEA va permettre de rassembler cette expertise avec celle de la Direction des applications militaires du CEA pour constituer un pôle d'excellence en détonique et électromagnétisme.