Основними напрямками наукової діяльності є:

вивчення закономірностей фізичних процесів, що відбуваються в атмосфері та гідросфері, гідрометеорологічного режиму та агрокліматичних умов, в тому числі небезпечних для господарської діяльності та населення;
розробка нових і удосконалення існуючих методів метеорологічних, гідрологічних та агрометеорологічних прогнозів та розрахунків і впровадження їх у практику; розробка прогнозів небезпечних та стихійних гідрометеорологічних явищ та процесів; дослідження клімату України та факторів, що спричиняють його динаміку; розробка кліматичних прогнозів та рекомендацій для різних галузей економіки по стратегії реагування на зміни клімату;
розробка методів активного впливу на гідрометеорологічні процеси та явища, науково-методичне керівництво виробничими роботами з активних впливів в інтересах різних галузей господарства;
комплексне вивчення впливу гідрометеорологічних умов на забруднення навколишнього середовища, його соціально-екологічних та соціально-економічних наслідків на території України; розробка наукових принципів організації та рекомендацій по здійсненню базових спостережень за забрудненням навколишнього природного середовища;
вивчення радіоактивного забруднення природного середовища, зокрема, викликаного аварійним викидом Чорнобильської АЕС і пов'язаних з ним змін радіоекологічного стану території України;
комплексне вивчення гідрометеорологічного режиму та стану забруднення Чорного та Азовського морів;
розробка нових та удосконалення існуючих технічних засобів гідрометеорологічних вимірювань;
науково-методичне забезпечення діяльності державної системи гідрометеорологічних спостережень і прогнозування та базових спостережень за забрудненням природного середовища;
розробка нормативно-технічного і метрологічного забезпечення та стандартів в галузі гідрометеорології і моніторингу природного середовища;
підготовка на основі робіт інституту, вітчизняних та зарубіжних досліджень видань у вигляді монографій, наукових праць інституту, довідників, атласів тощо;
виконання експертиз стосовно обгрунтування гідрометеорологічних вимог до відповідних проектів та вимог до розділів моніторингу природного середовища;
підготовка наукових кадрів через аспірантуру (докторантуру), проведення атестацій співробітників та конкурсів на заміщення вакантних посад, робота по підвищенню кваліфікації наукових співробітників інституту.

ВІДДІЛИ

Відділ агрометеорологічних досліджень

Відділ дослідження стану атмосфери Відділ гідрологічних досліджень Відділ гідрохімії (при директорові) Відділ радіаційного моніторингу природного середовища Відділ чисельних та синоптичних досліджень

Відділ засобів вимірювань, метрології та стандартизації

Відділ системних гідрометеорологічних досліджень (при заступникові директора з наукових питань)

Відділ кліматичних досліджень та довгострокових прогнозів погоди Відділ фізики атмосфери

НАУКОВІ ПІДРОЗДІЛИ

Відділ експериментальних досліджень (м. Дніпропетровськ)

група експериментальних досліджень атмосфери

Морське відділення (м. Севастополь) Польова експериментальна метеорологічна база (с. Жовтневе Дніпропетровської обл.)

Богуславська польова гідрометеорологічна база

Теплохід "Георгій Готовчиць"