Важное место в деятельности института занимают исследования структуры и динамики земной магнитосферы, физических процессов магнитосферной суббури, эффектов, связанных с вторжениями частиц в полярные области, изучение низкочастотных волн в магнитосфере Земли.

На трех геофизических обсерваториях института проводятся непрерывные измерения вариаций магнитного поля, ведутся наблюдения полярных сияний. Для измерений используются разработанные в институте магнитные станции с цифровой регистрацией. Полученные данные используются при проведении плановых исследований, публикуются в информационном бюллетене, передаются в базу данных международной магнитной сети IMAGE.

В институте разработаны высочувствительные телевизионные камеры для регистрации свечений ночного неба. Применение оригинальной технологии оцифровки и обработки телевизионного изображения повышает информативность метода и позволяет обнаруживать и исследовать тонкие эффекты в динамике полярных сияний, которая отражает сложные процессы, развивающиеся в магнитосфере Земли. Анализ изображений полярных сияний позволил определить фрактальные характеристики пространственного распределения яркости сияний.

Пример обработки телевизионного изображения полярных сияний. Кеограмма на нижнем формате отражает движение авроральных форм в направлении север-юг.

Под руководством директора института, д.ф.м.-н. Е.Д.Терещенко предложен и развит оригинальный метод исследования ионосферы - метод радиотомографии. В этом методе радиосигнал с навигационных спутников принимается цепочкой приемников. Применение специальных вычислительных программ позволяет восстановить параметры ионосферы вдоль траектории спутника. В 1990 году совместно с сотрудниками МГУ были получены первые радиотомографические реконструкции двумерного распределения электронной плотности в ионосфере, а в 1998 году группе сотрудников института за разработку метода радиотомографии присуждена Государственная премия Российской Федерации. Новым шагом в развитии метода стало совместное использование радиотомографической цепочки и оптической регистрации сияний синхронно работающими сканирующими фотометрами. Применение общих алгоритмов к обработке сигнала позволяет получить двумерное распределение объемной светимости атмосферы и распределение электронной плотности в исследуемых областях.

Пример восстановления распределения электронной концентрации (Ne) в ионосфере по измерениям томографическим комплексом Полярного геофизического института на станциях в Скандинавии, с юга на север: N-Нурмиярви, К-Коккола, Е-Есрендж, Т -Тромсе. Радиосигнал с пролетающего спутника "препарировал" ионосферу, а синхронный прием сигнала на цепочке станций позволил восстановить двумерную структуру возмущения. На рисунке выделяются наклонные зоны повышенной электронной концентрации, связанные с гравитационными волнами в нейтральной атмосфере.

Более 30 лет ведутся непрерывные наблюдения на станции космических лучей в Апатитах, одной из базовых станций мировой сети. Непрерывный ряд наблюдений лег в основу исследования ускорения релятивистских протонов в солнечных вспышках на протяжении трех циклов солнечной активности. Модернизация регистрирующей аппаратуры станции позволила достичь высокого временного разрешения и исследовать влияние неоднородностей в солнечном ветре на распространение солнечных космических лучей. Сегодня данные нейтронного монитора представлены в сети Интернет в реальном времени и используются для предсказания "космической погоды".

Данные нейтронного монитора станции космических лучей в Апатитах представлены в реальном времени в сети Internet.

В институте ведутся работы по численному моделированию физико-химических процессов в верхней атмосфере, моделированию глобального распределения магнитного поля в околоземном космическом пространстве, исследованию процессов взаимодействи электронных и протонно-водородных пучков с атмосферными газами.

С 1998 года в институте начаты работы по изучению влияния гелио-геофизических факторов на здоровье человека.

В 1996 году в составе института создана лаборатория Атмосферы Арктики, занимающаяся исследованием физико-химических и динамических процессов в атмосфере Арктики. Впервые в российской Арктике проведены комплексные измерения озона и окислов азота в приземном слое атмосферы при разных режимах освещенности атмосферы Солнцем и в разных метеорологических условиях. Обнаружена связь статистических характеристик полей общего содержания озона над северной Европой с региональными особенностями циркуляции атмосферы и фотохимических процессов в стратосфере.

Вторая естественная ортогональная функция зимних (ноябрь-апрель) аномалий общего содержания озона (TOMS,1979-1992). В месяцы с высокими положительными значениями индекса Северо-Атлантического колебания наблюдается уменьшение общего содержания озона в регионе, определяемом положительным зональным полукольцом.

Институт активно сотрудничает с зарубежными научными организациями. Среди наших партнеров - ученые Финляндии, Норвегии, Швеции, Дании, Соединенных Штатов, Франции, Чехии, Канады. Проводятся совместные исследования магнитосферных суббурь, структуры и динамики полярных сияний, процессов в ионосфере, термосфере и магнитосфере на основе наземных и спутниковых наблюдений.

В совместной работе с Лабораторией прикладной физики Университета Дж. Хопкинса, США, по данным спутника "Polar" выделены и исследованы характеристики нового типа интенсификаций полярных сияний в предполуденном и послеполуденном секторах дневной магнитосферы, установлены причины появления таких событий.

Активизация сияний в послеполуденном секторе,зарегистрированная спутником Polar 14 января 1997. Активизация сияний в предполуденном секторе, зарегистрированная 08 января 1997 г.

В рамках международного сотрудничества в Баренц-регионе Полярным геофизическим институтом предложен проект геофизического мониторинга в Арктической зоне, предусматривающий проведение наблюдений на арх. Шпицберген.

Комплексные измерения параметров ионосферы, характеристик свечения верхней атмосферы и вариаций магнитного поля в высоких широтах позволят получить существенно новую информацию о взаимодействии в системе солнечный ветер - магнитосфера - ионосфера.