Laboratorium Badań Materiałowych (LBM) to akredytowane przez Polskie Centrum Akredytacji laboratorium badawcze. Przeprowadza badania naukowe, testy oraz diagnostyczne badania materiałów konstrukcyjnych i ich spawanych połączeń w szerokim zakresie nauki o materiałach, wykorzystując zarówno metody destrukcyjne, jak i nieniszczące. Laboratorium bada materiały nienapromienione i napromienione. Naukowcy przeprowadzają analizy strukturalne, chemiczne i korozyjne, a także szeroki zakres testów mechanicznych.

Doskonałym uzupełnieniem typowych badań materiałowych są usługi oferowane przez laboratorium CentriX, które dostarcza szeroki zakres możliwości radiografii przemysłowej i innych badań nieniszczących.

Laboratoria Zakładu Inżynierii Plazmowej DFM prowadzą badania w dziedzinie inżynierii powierzchni plazmowej i modyfikacji materiałów za pomocą wiązek plazmowo-jonowych. Naukowcy zajmują się syntezą warstw powierzchniowych, badaniem ich charakterystyk, a także syntezą struktur nierównowagowych i nowych materiałów. Mają dostęp do urządzeń technologicznych skonstruowanych w NCBJ, w tym służących do rozpylania magnetronowego, wyładowań łukowych w ultrawysokiej próżni, odparowania próżniowego, implantacji jonów gazowych i metalicznych oraz urządzeń plazma-gun, w tym unikalnego działa plazmowego typu RPI. Analiza efektów modyfikacji i syntezy jest przeprowadzana za pomocą  skaningowej mikroskopii elektronowej  z analizatorem EDS. Uczeni z Zakładu  badają również efektywność kwantową na fotokatodach, w związku z programem budowy w NCBJ lasera na swobodnych elektronach PolFEL.

Mikroanaliza Jonowa Instytut prowadzi badania nad podstawowymi właściwościami nowoczesnych materiałów używanych w energetyce jądrowej, mikroelektronice i optoelektronice, wykorzystując techniki jonowe (RBS, NRA, PIXE) z zastosowaniem zjawiska kanałowania. Badane są: grubość, stechiometria i jakość krystaliczna warstw. Naukowcy mierzą i modelują profile głębokościowe elementów w materiałach domieszkowanych, badają procesy gromadzenia i przemiany struktur defektów występujących w kryształach pod wpływem implantacji, analizują i optymalizują procesy wyżarzania (RTA, FLASH). Badania mikroanalizy są wspierane przez opracowany w Instytucie program symulacyjny McChasy, umożliwiający analizę danych eksperymentalnych uzyskanych za pomocą technik jonowych.