Среди основных направлений исследований института на протяжении всех лет было и по сей день остается создание эффективных катализаторов для процессов нефтехимии и нефтепереработки. Еще в 50-е годы прошлого века одновременно с разработкой процесса каталитического крекинга впервые в СССР была налажена технология получения микросферического алюмосиликатного катализатора, внедренная на Омском нефтеперерабатывающем заводе.
Именно в этой плоскости (технологические разработки катализаторных процессов нефтепереработки) и лежит взаимный научный интерес партнеров, с которыми институт наладил сотрудничество не только на пространстве СНГ, но и с коллегами из дальнего зарубежья.
Неоценим вклад известного азербайджанского ученого, академика Юсифа Мамедалиева в становление советской химической науки, в особенности нефтехимии, промышленного и органического синтеза. За цикл исследований по метилированию бензола и дисмутации ксилолов он был признан среди коллег -ученых СССР "королем алкилирования". Созданный им процесс получения кумола серно-кислотным алкилированием бензола позволил обеспечить советскую авиацию высокооктановым бензином во время Великой Отечественной войны, а работа по организации производства авиационных бензинов новых марок из бакинских нефтей была удостоена Государственной премии СССР.
Широкое признание в бывшем СССР получили также разработанные учеными института процессы получения реактивных и дизельных топлив. Первое реактивное топливо (Т-1) было получено на бакинских заводах на базе исследований, проведенных в АзНИИ нефтепереработки (прежнее название института). За это группе ученых была присуждена Госпремия СССР, а переход авиационного транспорта на сверхзвуковую скорость, увеличение дальности полета ориентировали азербайджанских ученых на получение более термостабильных топлив и расширение их ресурсов.
Сейчас в институте ведутся исследования в таких новых направлениях, как создание экологически чистых ионно-жидкостных технологий для процессов нефтехимии и нефтепереработки, очистка нефти и тяжелых нефтяных остатков от асфальто-смолистых соединений и металлов с применением метода сверхкритической экстракции, разработка технологии получения биотоплива и топливных компонентов на базе растительного сырья. Бесспорным достижением химики-нефтяники считают создание в институте банка данных по качеству нефтей Азербайджана.
Сейчас азербайджанские нефтяники достигли такого уровня добычи, когда нефть извлекается из больших глубинных отложений, порядка 6-7 тыс км. Стоимость морского бурения и экономические риски очень высоки, и для того, чтобы их уменьшить, нужна точная диагностика, то есть наличие максимально достоверной информации о нефтеносных пластах. А сделать это возможно только методом бассейнового моделирования, который может дать самый точный прогноз. Центр бассейнового моделирования (ЦБМ), созданный при институте несколько лет назад, и стал той структурой, которая, по мнению специалистов, как бы интегрирует все возможные процессы от начала рождения нефти и до ее накопления в ловушке.