Le LEGOS mène des recherches sur le système environnemental planétaire de manière pluridisciplinaire en s’appuyant sur la physique océanique hauturière et côtière, la géochimie et la biogéochimie marine, l'hydrologie spatiale et la dynamique des calottes polaires. Le LEGOS participe à la formation universitaire et à la formation par la recherche en France métropolitaine et dans ses chantiers Sud
Les outils d'observation privilégiés sont la télédétection spatiale, notamment en altimétrie, avec une implication tant en amont (concept, algorithme) qu'en aval (calibration, validation, valorisation) en partenariat avec le CNES, l’ESA et la NASA
Le LEGOS porte cinq services d'observations nationaux dont un centre d’expertise en altimétrie et hydrologie spatiale (CTOH), trois services de données in situ (PIRATA, SONEL-ROSAME, SSS) et un service de modélisation côtière (SIROCCO)
La modélisation numérique est un outil essentiel et le LEGOS participe au développement de codes numériques océaniques au service de la communauté internationale dans le domaine des marées, de l’océan côtier et de l’assimilation de données.
Le LEGOS utilise et participe au pilotage de plateformes analytiques de l’OMP en spectrométrie et mesure de faible radioactivités.