Las actividades de este departamento están dirigidas al estudio tanto de las consecuencias ambientales asociadas con los sectores de generación energética, la gran industria y el transporte, como con el desarrollo de tecnologías para la mitigación de estos efectos satisfaciendo al tiempo las exigencias de un desarrollo social, económico y ambiental sostenible.
Organizado en cuatro divisiones y catorce unidades, mantiene programas activos en torno a diferentes áreas científico-técnicas: Almacenamiento Geológico de CO2, Cambio Climático, Medio Ambiente Radiológico, Suelos y Geología Ambiental Aplicada y Contaminación Atmosférica, y distribuye sus recursos humanos y materiales entre la sede del CIEMAT en Madrid y el centro territorial del CISOT, que depende orgánicamente de este departamento.
Además se gestiona el proyecto Palomares, relativo a la vigilancia radiológica de las consecuencias del accidente producido, la caracterización radiológica de los terrenos afectados y el diseño y desarrollo de un programa de actuación.