实验室以微生物催化转化的资源、能源高值化利用为核心，形成了相互交叉与渗透、上下游互补的三个主要研究方向。

（1）微生物绿色催化工艺与机制

发掘、选育特殊活性产物功能菌株资源，围绕新型生物农药、医药中间体、重要生物基产品生产的理论基础、技术研发、产品研制和应用示范等环节，研究微生物绿色催化工艺与机制的关键科学问题，建立“实验室基础研究—绿色制造研发体系—产品推广应用”的全产业链研发模式。

（2）生物质废弃物微生物转化与过程控制

研究生物质转化途径、关键因素与限速步骤，改良生物质降解菌株及相关酶系、研制生物质废弃物转化功能菌剂、构建废弃物高效转化过程控制模型，组建高产生物燃气、液体生物燃料等多层次、多途径生物转化与过程控制技术体系。

（3）环境微生物与污染生物控制

收集、发掘环境功能微生物资源、研究污染物的降解、转化途径及机制、构建环境功能微生物菌剂、诊断、调控环境污染生物控制过程、建立从实验室到工程应用的生物强化技术体系。