Une unité mixte de recherche 

Longtemps unité propre du CNRS bien qu’implanté sur trois sites universitaires : à l'École Polytechnique à Palaiseau, à l'École Normale Supérieure et à l'Université Pierre et Marie Curie à Paris, le LMD est devenu une unité mixte de recherche en 1998. En 2009, une convention a été signée avec l’École nationale des ponts et chaussées en vue qu’elle devienne une tutelle du laboratoire.

Un rôle moteur dans plusieurs projets 

Le laboratoire est membre de l’Institut Pierre Simon Laplace (IPSL), fédération de six laboratoires publics de recherche en sciences de l'environnement en Ile-de-France. Le LMD y joue un rôle moteur dans plusieurs projets et pôles, autour de la modélisation du climat, du site d'observation du Sirta à l’Ecole Polytechnique, de la planétologie, ou des serveurs et bases de données.

Instruments de mesure du bilan radiatif

Le LMD a des relations étroites avec le Centre Nationale d’Etudes Spatiales (CNES). Non seulement il exploite de nombreuses données spatiales et propose des concepts pour de nouvelles missions, mais le LMD a aussi réalisé trois instruments de mesure du bilan radiatif (ScaraB), deux étant lancés sur des missions russes et le troisième faisant partie de la mission franco-indienne Megha-Tropiques (lancement prévu fin 2010). Le LMD a aussi une importante activité dans le développement d’instrumentation déployée sous les ballons lancés par le CNES.

Prévision des phénomèmes météorologiques 

Le LMD étudie le climat, la pollution et les atmosphères planétaires en associant approches théoriques, développements instrumentaux pour l’observation et modélisations numériques. Il est à la pointe de la recherche sur les processus dynamiques et physiques permettant l’étude de l’évolution et la prévision des phénomènes météorologiques et climatiques.