Forskningen er i første rekke rettet mot norske myndigheters behov for miljødokumentasjon i polarområdene. Havområdene i nord og sør, inkludert Barentshavet, inngår i Polarinstituttets geografiske forskningsområder.

Instituttets forskningsprogram dekker fagområdene polarklima - det største av forskningsprogrammene -  miljøgifter, biologisk mangfold og geologisk kartlegging. Norsk Polarinstitutt samarbeider med forskningsinstitusjoner over hele verden og bidrar til nasjonale og regionale forskningsprogrammer.

Klimaforsker Elisabeth Isaksson med iskjerne

Instituttet er ansvarlig for den norske Sverdrupstasjonen i Ny-Ålesund på Svalbard, stasjonene Troll og Tor i Antarktis og forskningsskipet «Lance». Instituttet tilbyr også logistisk støtte til det internasjonale forskningsmiljøet på Svalbard.

Feltaktivitet har alltid vært en viktig del av arbeidet til Polarinstituttets forskere, og mye tid tilbringes på Svalbard på våren og sommeren når øygruppa er lettest tilgjengelig. I Antarktis forventes en økt forskningsaktivitet framover, etter at Trollstasjonen i 2005 ble innviet som helårig forskninsstasjon av Dronning Sonja.