Το τμήμα δραστηριοποιείται στην έρευνα (βασική και εφαρμοσμένη), στην εκπόνηση μελετών και προγραμμάτων, στην εκπαίδευση φοιτητών και άλλων ομάδων, στην έκδοση επιστημονικών και εκλαϊκευμένων εκδόσεων, και σε συνεργασία με άλλα τμήματα του μουσείου συμμετέχει σε διαχειριστικά σχέδια και μελέτες, σε εμπειρογνωμοσύνες, και δημιουργία εκθέσεων και άλλων προβολών του φυσικού περιβάλλοντος.

Η βασική έρευνα εστιάζεται σε τρεις τομείς:

• Στη γεωλογική εξέλιξη του νοτίου Αιγαίου, καλύπτοντας θέματα τεκτονικής γεωλογίας, μεταμόρφωσης, στρωματογραφίας, και σύγχρονης γεωδυναμικής κατάστασης.
• Στις μεταβολές του αναγλύφου και στην παλαιογεωγραφία, με έμφαση στη γεωμορφολογία, φυσική γεωγραφία, επιφανειακά νερά και περιβαλλοντική γεωλογία.
• Στην παλαιοντολογική έρευνα και τη διεξαγωγή ανασκαφών στην Κρήτη, και κυρίως με την μελέτη των πλούσιων χερσαίων και θαλάσσιων φάσεων του Νεογενούς και του Τεταρτογενούς.

Η Εφαρμοσμένη έρευνα εστιάζεται σε θέματα προστασίας και ανάδειξης της γεωλογικής κληρονομιάς, στη διερεύνηση της επίδρασης του γεωλογικού υποβάθρου στους αρχαίους πολιτισμούς του νησιού και στην προστασία από το σεισμικό κίνδυνο.