重点实验室根据国家战略需求，瞄准国际科学发展前沿，聚焦定量遥感技术在自然资源、生态环境、古环境等领域的研究和应用，重点发展定量遥感天空地立体化监测技术、陆表及生态环境遥感信息提取技术、遥感信息与模式模拟同化技术和智能分析及数据挖掘技术，解决与其相关的重大科学问题和关键技术问题，推进中高分辨率、多源数据融合协同处理分析与地学应用。
（1）遥感机理模型与定量遥感反演
研究多源遥感定量反演的理论与方法，建立地理过程多维度表征理论与时间维分析模型，构建基于长时间序列遥感数据表达地理过程的指标体系，形成地球系统关键要素的遥感产品生成能力。
（2）数字考古与环境演变研究
基于遥感与GIS手段研究中原地区全新世环境系统演化历史重建，中原地区古文化演进特征，中原地区早期人地关系演化序列研究，自然-文化遗产可持续研究。
（3）资源环境遥感与智能分析
开展多尺度、多平台遥感数据处理和生态环境因子提取的关键技术研究；生态环境时空格局演变的遥感动态监测和影响评估；城市雨洪灾害的孕灾机制、监测与评估、预警和预报研究；典型流域地表过程（水、热、能量和物质循环过程）的模拟和预测。
（4）区域碳循环的遥感模拟与预测
开展生态系统碳库的遥感估算；生态系统碳收支的遥感估算模拟；土地利用变化碳排放的遥感监测；区域能耗排放空间格局模拟；区域碳循环遥感数据同化。