实验室的研究目标是以冰冻圈为研究对象，紧密围绕国家需求和国际科学前沿，深化冰冻圈过程和冰冻圈记录研究，模拟冰冻圈变化与气候变化的关系，揭示冰冻圈变化的规律和机理，阐明冰冻圈变化对水资源的影响，预测气候变化影响下冰冻圈的资源效应、环境效应和生态效应，提出适应与减缓冰冻圈变化影响的对策，为西部生态环境建设和可持续发展服务。其主要研究方向包括冰冻圈过程研究、冰冻圈环境记录研究、冰冻圈与气候模拟、冰冻圈与水资源以及冰冻圈变化的影响、适应与对策综合评估等。

　　实验室现有68名固定人员，其中研究人员49名，技术人员17名，管理人员2名。在职称结构上以高级职称为主，其中研究员23人，副研究员和高级工程师21人；在学历结构上以高学历为主，其中有博士学位者44人，博士生导师21名；在年龄结构上既有富有建树的知名老专家，也有一批活跃在一线的优秀中青年专家，其中45岁以下占76%，形成了合理的人才梯队。

　　实验室研究环境优良、仪器设备先进，实验室建筑面积4669m2，仪器设备总值约为4870万元，主要包括低温实验室、超净化系统、气体稳定同位素比质谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、离子色谱仪、气相色谱仪、微粒分析仪、低浓度α/β活化度计数仪、高温元素分析仪、低温微生物分析系统等，以及用于冰川变化和冻土监测研究的仪器包括冻土钻机1台、大幅面扫描仪（Contex Chameleon 36'' plus）1台、HP工作站1台、HP与IBM服务器各1台，冻土能量水分观测系统13套，冻土深钻孔观测系统18套、自动水文观测系统3套、自动气象站12套、温室气体采集分析系统1套、1套ELIS35分析级纯水系统。同时，根据学科发展需求和针对国际研究热点，实验室已研制和改造了冰芯钻机、冰芯温室气体和碳黑分析前处理系统、冰雷达系统、冰芯连续快速融化装置。2008年根据科技部关于《冰冻圈科学国家重点实验室建设任务书》的批示，实验室对气溶胶质谱、气相色质联用仪、雪特性分析仪、红外温度传感器、雨（雪）量计、冰雷达、地物波谱仪、树木年轮仪和切片机及其附属配件委托东方国际招标公司进行了集中招标，实际购置到高分辨时间飞行气溶胶质谱一套（HR-ToF-AMS）（含车载平台）、外置离子阱型气相色质联用仪（ITQ1100）、雪特性分析仪(Snow Fork)10套、冰雷达（含全部低频天线5副）、地物波谱仪1套（350-2500μm）、红外温度传感器20套、全自动雨（雪）量站10套以及树木年轮仪和切片机各一套。另外，自研钻机和冰芯气体提取预处理装置也取得较快进展。

　　实验室将野外台站作为重要的科学研究平台，主要包括：新疆天山冰川国家野外科学观测研究站（简称天山冰川站）、藏北高原冰冻圈国家野外科学观测研究站（格尔木站）、玉龙雪山冰川与环境观测研究站（玉龙雪山站）和祁连山冰川与生态环境观测研究站（祁连山站）等。此外，实验室还在青藏高原及其周边地区建立了多个半定位观测站（如珠峰、唐古拉山、昆仑山、祁连山、慕士塔格峰、奎屯、天山西段等地的考察站）。