Die Forschung am Institut für Meteorologie widmet sich dem Verständnis und der Modellierung von Wetter- und Klimaprozessen sowie deren Wechselwirkungen mit der Umwelt. Etliche Forschungsprojekte befassen sich mit Wechselwirkungen und Folgen von Umwelteinträgen in die Atmosphäre und dem anthropogenen Klimawandel. Die Forscherinnen und Forscher beschäftigen sich unter anderem mit der Untersuchung von Stadtklimamodellen, den Folgen des Klimawandels und dem städtischen Wärmeinsel-Effekt. Ebenfalls untersucht werden die Wechselwirkung zwischen Mikroklima und Urbanisierung unter dem Einfluss des Klimawandels und ihre Auswirkung auf die Bevölkerungsgesundheit. Die Stadt-Umweltforschung mit Fokus auf Berlin bietet vielfältige Möglichkeiten zu inter- und transdisziplinären Kooperationen. Weitere Forschungsgebiete sind die Analyse und Quantifizierung von Naturgefahren, insbesondere von Erdbeben, Hochwasserereignissen und Massenbewegungen, sowie die Erforschung der oberen Atmosphäre und ihrer Wechselwirkung mit den unteren Luftschichten in einem sich verändernden Klima.

Das Institut für Geographische Wissenschaften erforscht im Bereich Anthropogeographie weltweite Mensch-Umwelt-Interaktionen wie etwa soziale Transformationsprozesse, durch den Klimawandel ausgelöste Migrationsbewegungen und Globalisierungsprozesse. Die Paläoumweltforschung geht den menschlichen Einflüssen auf die Prozessdynamik und die Landschaftsgeschichte nach – mit dem Fokus auf Wasserressourcenmanagement und Wasserwirtschaft. Paläoumweltstudien untersuchen antike wie gegenwärtigen Kulturen, mit dem Ziel zukünftige natürliche Ressourcen-Verfügbarkeit zu prognostizieren. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt des Fachbereichs sind Bodenökologie und Stoffkreisläufe. So wird die regionale Verwertung von Biomasse durch die Herstellung von Biokohle und Pflanzenkohlesubstraten untersucht, um Stoffkreisläufe zu schließen.

Im Institut für Geologische Wissenschaften untersucht die Anthropozänforschung, in welchem Umfang menschliche Aktivitäten messbare Spuren in geologischen Schichten hinterlassen und eine eigene Epoche geprägt haben. Die Evolution und Ökologie von Riffen und die geobiologische Kontrolle globaler Umweltveränderungen werden ebenfalls erforscht.

Die Arbeitsgruppe Paläontologie beschäftigt sich mit Klima- und Umweltwandel und der Dynamik von Ökosystemen. Sie erforscht, welche natürlichen „Klimaarchive“ wie beispielsweise steinzeitliche Langzeitseen weit in die Vergangenheit zurückreichen und gleichzeitig Klimavariabilität  zeigen können. In der Geochemie werden photovoltaische Bauelemente untersucht, die der direkten Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität dienen. Ziel ist die Optimierung von Dünnschichtsolarzellen zur effektiveren Nutzung von regenerativen Energien.

Klimaschutz und Klimafolgenanpassung gehören mittlerweile eng zusammen. Die Katastrophenforschungsstelle ist eine sozialwissenschaftlich-interdisziplinär und transdisziplinär arbeitende Einrichtung. Es wird vor allem mit einem sozialen Ansatz verfolgt, wie soziale und ökologische Katastrophen entstehen und wirken, und wie die Resilienz unserer Ökosysteme sowie unterschiedlicher Bevölkerungsgruppen dahingehend verbessert werden kann. Vom Deutschen Wetterdienst gegründet und gefördert, sowie von der Freien Universität Berlin und dem Max-Planck-Institut für Bildungsforschung als Forschungspartner begleitet, setzt sich daher zum Beispiel WEXICOM das Ziel, die soziale Dimension von Unwetterrisiken zu erforschen. Damit sollen die Kommunikation von Unwetterwarnungen und -risiken verbessert und Menschen effektiver geschützt werden können.