NILU utfører miljøforskning med tyngdepunkt på kildene til luftforurensning, atmosfærisk transport, omvandling og avsetning av luftforurensning. NILU foretar også vurdering av virkningene som forurensninger har på økosystemer, helse og materialer. Overvåkingen av langtransporterte luftforurensninger, sur nedbør, global oppvarming og global luftkvalitet er viktige oppgaver.