Giluminės geologijos laboratorijos mokslininkų pagrindinė tyrimų kryptis – giluminiai geologiniai procesai, jų įtaka paviršiaus gamtiniams procesams, vietiniams energetiniams ištekliams ir gyvenamosios aplinkos kokybei.
Tiriama prekambro laikotarpio uolienų cheminė sudėtis, jų susidarymo sąlygos, amžius ir evoliucija bei giluminių struktūrų poveikis nuosėdinei dangai ir naudingų iškasenų telkinių susidarymui. Stengiamasi įvertinti dabartinei ekonomikai aktualių naudingų elementų (tarp jų „kritinių mineralų“) radavietes, jų kilmę ir potencialą. Tiriamos uolienos, galinčios generuoti šilumą ir turėti įtakos geoterminės energijos anomalijoms Vakarų Lietuvoje.
Paleozojaus ir mezozojaus laikotarpių uolienos tiriamos paleontologiniais, litologiniais ir paleomagnetiniais metodais, atkuriamos sedimentacinės aplinkos, modeliuojama baseinų evoliucija, vertinama jos įtaka paviršiaus formoms ir judesiams. Taip pat nustatomi geoterminės energijos, naftos telkinių formavimosi dėsningumai, prognozuojami išteklių kiekiai, jų kaita ir poveikis aplinkai, tiriama geologijos mokslo istorija ir atliekami kiti taikomosios geologijos tyrimai. Daug dėmesio skiriama CO2 laidojimo sąlygų, antrinio naftos gręžinių panaudojimo tyrimams.
