지질학연구원은 지각, 맨틀 및 핵 그리고 이와 연계된 지구 구성 물질의 특징과 생성, 소멸 및순환과 같은 지구상에서 일어나는 현상을 관찰, 조사하고 연구한다. 다루는 연구 분야는 세부 전공에 따라 매우 다양하다.

'광물학 분야 연구원'의경우, 지각의 최소 구성단위인 광물의 생성 및 화학조성에 따른 물리화학적 성질을 규명하고, 산업적 응용 등에 관한 연구를 수행하며, '암석학연구원'은 암석의 기원, 산출 양상, 구조 및 조직, 순환, 그리고 산업적 응용 등에 관한 연구를 수행한다. '광상·자원지질학연구원'은 경제적 또는 산업적으로 가치 있는 지구 구성물질(금속, 비금속, 건축자재 및 골재, 화석 연료 및 물)과 관계된 각종 현상 및 작용 등을 연구한다. '구조지질학연구원'은 지구 구성물질 내 구조를기술하고 해석하며 물질의 변형과 이로 인한 조직 및 구조의 변화를 관찰하고 변형의 원인이되는 응력 및 지진 등과 같은 지질작용 등에 대해 연구하며, '층서·퇴적·화석·지사학 분야 연구원'은 지층의 생성원인, 분포, 조성, 선후 및 상관관계 연구, 퇴적물의 조성, 생성원인, 운반,퇴적 기작의 기재 및 해석에 대한 연구, 지층 내 화석을 살펴 과거 지구상의 생물들에 대한 지식을 축적함으로써 과거 지구환경을 이해하고, 현재의 지구환경과 비교하여 미래의 지구진화를 해석하는 연구, 지질작용의 시간적 선후관계와 지구의 자연과학적 역사에 대한 연구를 수행한다.

'화산학연구원'은 용암과 마그마, 화산활동, 화산 재해 등에 대해 연구하며, '제4기 지질학 연구원'은 가장 최근의 지질시대인 제4기에 일어난 모든 지질작용에 대해 연구한다. '지구물리학연구원'은 물리학적인 방법을 사용하여 자원에 대해 탐사하고, 지구에서 일어나는 다양한 지질 현상에 대해 규명하는 연구를 수행한다. '응용지질학·지질공학 분야 연구원'은 지질학적인 지식을 실생활이나 산업적인 측면으로 응용하는 연구를 수행하고, 지구를 대상으로하는 공학에 있어서 지질재해, 기타 지질 관련 문제점을 공학적으로 해결하는 연구를 수행한다.이외에도 지형지구과학, 수문학, 수리지구과학, 지구유물·자연사학, 인공위성 지구과학,지구행성학, 지구과학 기술 기반구축·관리기술에 대한 연구를 수행하기도 한다.

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