Ses champs de compétences s'étendent de l'étude des villes et des milieux anthropisés à l'exploration des planètes lointaines, en passant par l'élucidation des relations régissant les interactions entre les êtres vivants et leur environnement dans différents écosystèmes. Ses compétences incluent également la compréhension du fonctionnement des enveloppes internes (croûte, manteau, noyau) et externes (océans, atmosphère) de la Terre et la modélisation du climat. Ses stations marines, localisées à Banyuls, Villefranche sur Mer et Roscoff, lui confèrent une position singulière et un rôle important dans l’étude du fonctionnement physique et écologique des milieux océaniques et marins.

Cette expertise reconnue en termes d'observation, d'expérimentation et de modélisation des milieux naturels, permet d’aborder des grands défis qui se posent aux sociétés humaines dans un monde en mutation. Par une compréhension approfondie des phénomènes mis en œuvre et du fonctionnement écologique de la biosphère, par une connaissance détaillée de l'histoire de la Terre et de ses crises, et par le développement de nouvelles stratégies opérationnelles, il s'agit d'apporter des réponses adéquates aux changements globaux et aux risques afférents, de préserver la biodiversité et la qualité des milieux, de sécuriser les ressources en sols et en eaux, ou encore d'optimiser l'approvisionnement en matières premières et énergétiques dans la perspective d'une économie circulaire et d'un développement durable.