Институт проводит фундаментальные и прикладные исследования по следующим направлениям:

• изучение механизмов реакций органических соединений, молекулярных перегруппировок, строения и свойства соединений и активных промежуточных частиц, включая квантово-химические методы расчета структуры и свойств веществ;
   

• методы синтеза ароматических, фторорrанических, гетероциклических и гетероатомных (содержащих атомы азота, серы и др.) соединений, включая стабильные радикалы, полимеры, мономеры;
   

• разработка аналитических и инструментальных методик установления структуры и строения органических соединений, а также контроля объектов окружающей среды;
   

• синтез, изучение свойств и формирование органических, гибридных и полимерных материалов. Разработка научных основ технологий получения практически важных веществ и препаратов;
   

• методы и технологии выделения, химическая природа, реакционная способность и биологическая активность растительных метаболитов. Направленные синтетические трансформации, изучение фармакологических свойств и механизма действия биологически активных агентов природного и синтетического происхождения.

В рамках указанных направлений Институт развивает также практически важные приложения и технологии и осуществляет подготовку кадров высшей квалификации. Институт осуществляет свою научную, хозяйственную и финансовую деятельность на основе годовых и долговременных научных планов и проектов по федеральным целевым научно-техническим программам, программам фундаментальных и прикладных исследований РАН и СО РАН, в рамках других программ, а также инициативных исследований.

Научные исследования НИОХ СО РАН ведутся по приоритетным направлениям и программам фундаментальных исследований РАН на 2008-2012 гг. (Распоряжение Правительства Российской федерации от 27.02.2008 № 233-р)