核环境科学研究所是目前国内能够系统、全面开展核环境科学研究的综合性研究机构，主要开展流出物及环境监测；污染物在不同介质（大气、地表水、地下水、生物）中的扩散、迁移、转移规律；核设施和辐射环境影响评价技术和方法；污染场地的整治技术；核事故应急和后果评价；核环境安全保障等方面的科学研究。下设大气环境研究室、水环境研究室、放射生态研究室、核环境安全与整治技术研究室、分析测试中心等研究部门。
中国核工业集团公司的核工业环境监测与评价中心、核工业辐射环境模拟与评价技术重点实验室、核工业太原环境分析测试中心等相关研究单位也设在该所，拥有野外试验基地（我国唯一获国家环境保护行政主管部门批准，可以在包气带、含水层开展放射性野外示踪试验的研究设施）、大气边界层风洞、地下水及地表水模拟试验装置、放射生态模拟温室、污染物分析测量实验室及一批大型实验设施和先进仪器设备。