Les travaux du LSCE sont concentrés sur trois axes de recherche : l'étude des mécanismes de la variabilité naturelle du climat à différentes échelles de temps et les interactions entre l'activité humaine, l'environnement et le climat ; l'étude des processus intervenant dans le cycle de composants clés tels que le carbone, les gaz à effet de serre et les aérosols qui interagissent avec le climat ; la géochronologie et l'analyse de géomarqueurs, basées sur une palette de techniques appliquées à l'étude passée et présente de la géosphère et de ses relations avec le climat. Le LSCE est un laboratoire de l'IPSL.