Instituttet har sitt hovedkontor på Kjeller ved siden av Institutt for energiteknikk (IFE), men har siden høsten 1994 også kontor i Framsenteret (FRAM – Nordområdesenter for klima og miljøforskning) i Tromsø. Forskningen i Tromsø er særlig knyttet til miljøproblemene i polarområdene og Barentsregionen. I tillegg har instituttet siden 2001 vært etablert med datterselskap i Polen (NILU Polska), i Abu Dhabi (2006–2014), og Sør-Afrika (u-MOYA-NILU) for blant annet bistå myndighetene med rådgivning om luftkvalitet. Disse mindre selskapene har siden utspilt sin rolle.