Les laboratoires de l'IRAMIS maitrisent de nombreux procédés de synthèse chimique en phase gaz (production de nanoparticules) ou en solution (molécules, catalyseurs...), avec l'objectif de développer de nouveaux procédés chimiques (chimie verte, énergie, recyclage...), d'élaborer des nanomatériaux, ou encore pour obtenir des cristaux de céramiques de haute qualité  (supraconducteurs notamment).

La spectrométrie de masse est une technique instrumentale d’analyse reposant sur la séparation, l’identification et la quantification des éléments constitutifs d’un échantillon en fonction de leur masse. Ainsi les atomes, molécules ou aggrégats sont extraits sous forme d'ions, puis triés par un système dispersif : secteur de champ électrique ou magnétique, filtre quadripolaire ou temps de vol.

Si les surfaces possèdent intrinsèquement des propriétés intéressantes (propriétés optiques ou magnétiques, interface électronique, catalyse, fonction biologique, ...), des fonctions spécifiques peuvent être ajoutées par nanostructuration, ou en déposant un revêtement, ou encore par l'adsorption ou le greffage de molécules aux propriétés spécifiques.

Les rayons X, rayonnement électromagnétique au delà de l'ultra-violet lointain, couvrent une gamme de longueur d'onde autour du dixième de nanomètre. Cette distance est de l'ordre de la distance entre atomes dans la matière condensée. Ainsi les rayons X peuvent interagir avec ces atomes (diffraction) ou les électrons (diffusion).

Plusieurs types de microscopies électroniques sont disponibles à l'IRAMIS : - Microscopie à transmission (TEM : Transmission Electron Microscope), qui permet d'atteindre les plus hautes résolutions par diffusion/difffraction d'un faisceau d'électrons à travers un échantillon ultra-mince - Microscopie MEB et MEB-FEG (SPAM et SIS2M), ou microscopie à balayage, pour laquelle un faisceau d'électrons balaye la surface  de l'échantillon permettant d'obtenir une image de sa surface.