معاونت پژوهشی مرکز تحقیقات آلاینده‌های محیطی و صنعتی به‌عنوان بازوی اصلی علمی و تحقیقاتی مرکز، وظیفه برنامه‌ریزی، هدایت و حمایت از فعالیت‌های پژوهشی را بر عهده دارد. این معاونت با هدف ارتقای سطح تحقیقات علمی، توسعه فناوری‌های نوین و پاسخ‌گویی به نیازهای زیست‌محیطی و صنعتی کشور، نقش کلیدی در تحقق مأموریت‌ها و چشم‌انداز مرکز ایفا می‌کند.

معاونت پژوهشی ضمن حمایت از پژوهشگران و اعضای هیئت علمی، مسئولیت طراحی و اجرای پروژه‌های تحقیقاتی، مدیریت آزمایشگاه‌های تخصصی، ایجاد بانک‌های اطلاعاتی آلاینده‌ها، و گسترش همکاری‌های علمی با دانشگاه‌ها، صنایع و مراکز تحقیقاتی داخلی و بین‌المللی را بر عهده دارد.