Le laboratoire s'intéresse aux mécanismes, à l'évolution et à la prévision des phénomènes météorologiques et du climat. Ses trois thématiques de recherche sont : l'étude de l'interaction entre les différentes composantes du système climatique ; la détection et la compréhension des évolutions et de la variabilité naturelle du climat, des échelles saisonnières aux échelles décennales ; l'étude des conséquences globales des activités humaines sur l'environnement. Le LMD est un laboratoire de l'Institut Pierre Simon Laplace.