В Институте выполняются основополагающие исследования в области органического катализа, изучаются элементарные акты ряда каталитических реакций, а также структуры и физика поверхности катализаторов, в том числе с использованием методов квантовой химии и комплекса современных инструментальных методов, выполняются приоритетные исследования в области каталитических превращений углеводородов и асимметрического катализа; разрабатываются научные основы приготовления новых катализаторов на базе отечественных цеолитов; создаются кинетические, физические и математические модели для расчетов промышленных процессов и реакторов.
Развиваются новые направления теоретической химии математическая химия и компьютерный синтез, расширяется использование информационных технологий.
На базе ИОХ РАН функционируют Центр компьютерного обеспечения химических исследований Отделения химии и наук о материалах РАН, научно-образовательная сеть FREEnet, Московский информационный центр PAH-STN International, Экоаналитический центр.