Le département Systématique et évolution s'attache à décrire la diversité de la vie et à analyser son origine et son histoire en classant les êtres vivants. Il procède à partir d'organismes vivants contemporains, ainsi que par inventaires et analyses. Celles-ci peuvent être morphologiques, c'est-à-dire déduites de la comparaison des anatomies, et/ou moléculaires. Ces études contribuent à construire les arbres phylogéniques, donc à reconstituer les liens de parenté entre les espèces.

Le département Régulations, développement et diversité moléculaire cherche à caractériser les différents processus qui ont permis la diversité des formes et des fonctions vivantes : par exemple, la reproduction ou les hormones. Il travaille aussi bien à l'échelle de la molécule qu'à celle de l'organisme. Ses outils privilégiés : la chimie, la biophysique et toutes les méthodes d'analyse des molécules et des fonctions.

Le département Hommes, natures, sociétés s'intéresse aux relations de l'homme avec la nature, dans le temps et dans l'espace. Il met en lumière les relations entre nature et culture en étudiant l'homme biologique comme l'homme social, ainsi que les objets qu'il utilise et transforme. Ce travail s'appuie sur les savoirs de l'anthropologie biologique, sociale et culturelle, de l'ethnologie, ou encore de la préhistoire et de l'histoire des sciences.

Le département Histoire de la Terre oriente ses recherches sur la diversité du monde minéral. Il analyse l'origine et les constituants de la croûte et des profondeurs terrestres (minéraux, roches, fossiles) et extraterrestres (météorites). L'histoire de la Terre est décrite à partir de ses composants, de ses interactions avec les êtres qui l'ont peuplée aux différentes époques, et de la reconstitution des géographies et des environnements du passé.

Le Département de Préhistoire étudie les groupes d'Hommes préhistoriques, leur évolution, leurs modes de vie et leurs environnements, par une approche interdisciplinaire qui comprend des travaux de terrain (chantiers de fouilles), des analyses sur les collections (outils, fossiles...) et sur les dépôts sédimentaires.

Le département Milieux et peuplements aquatiques analyse l'environnement aquatique, principalement marin, considéré comme un objet scientifique à part entière. Il étudie les mécanismes d'établissement et de maintien de la biodiversité. Il travaille avec la communauté scientifique nationale et internationale dans des programmes de recherche pluriorganismes.