我室现有各类实验室25个，拥有地质年代测定和环境指标分析的常规实验设备，形成了年代学、沉积指标、地球化学指标、生物指标、现代过程观测等五个系列的实验室系统。
年代学系列实验室系统拥有超低本底β-射线液闪计数仪、γ射线高纯锗能谱仪、Riso光释光测年系统、OCTETE-PLUS八路α谱仪等设备；沉积指标系列实验室系统拥有CM-2002分光光度计、Master Sizer 2000激光粒度仪、BX60双目显微镜及图像处理系统等设备；地球化学指标系列实验室系统拥有MAT-253气体同位素质谱仪、KONIK HRGC 4000B气相色谱仪、Perkin-Elmar有机元素分析仪等设备；生物指标系列实验室系统拥有Leica MZ12.5立体显微镜、DM LB2 HC生物显微镜等设备；现代过程则拥有离子色谱仪以及洞穴石笋观测、湖泊水体理化指标监测、微体生物捕获等设备。上述仪器设备具备了对陆相沉积进行常规分析的能力，可以为古气候、古环境演变研究提供可靠的数据。
年代学系列实验室系统拥有超低本底β-射线液闪计数仪、γ射线高纯锗能谱仪、Riso光释光测年系统、OCTETE-PLUS八路α谱仪等设备；沉积指标系列实验室系统拥有CM-2002分光光度计、Master Sizer 2000激光粒度仪、BX60双目显微镜及图像处理系统等设备；地球化学指标系列实验室系统拥有MAT-253气体同位素质谱仪、KONIK HRGC 4000B气相色谱仪、Perkin-Elmar有机元素分析仪等设备；生物指标系列实验室系统拥有Leica MZ12.5立体显微镜、DM LB2 HC生物显微镜等设备；现代过程则拥有离子色谱仪以及洞穴石笋观测、湖泊水体理化指标监测、微体生物捕获等设备。上述仪器设备具备了对陆相沉积进行常规分析的能力，可以为古气候、古环境演变研究提供可靠的数据。
我室所有实验室均由科研人员负责仪器保养和日常管理，要求青年科研人员和研究生熟练操作仪器设备，独立完成分析测试和数据处理。宇宙成因核素、环境同位素等实验室还针对学科发展的需要，对仪器功能进行了开发，对不同样品的前处理方法进行了改进。在承担我室科研分析测试任务的同时，所有实验室全面对外开放。环境同位素、宇宙成因核素、植硅体、粒度、碳含量、U-系测年、光释光测年等实验室为北大、地大、北师大、古脊椎所、地理所、地科院地质所、地科院水环所、环科院、澳大利亚格里菲斯大学、泰国国立玛希隆大学等国内外单位的同行分析了大量样品。
实验室所依托的研究所拥有种类齐全的地球化学实验研究的仪器设备，包括拥有“零磁空间”的超导岩石磁力仪、全自动热退磁仪， CAMEC二次离子探针、X光荧光光谱仪（XRF）、全谱直读等离子光谱仪（ICP－AES）、电感耦合等离子质仪（ICP-MS）、用于放射性同位素分析的质谱仪（MAT262、IsoProbe-T、LA-MC-ICPMS）、用于O、S、H、C等稳定同位素成分测定的质谱仪、微区表面形态研究用的低真空扫描电镜等，上述条件为我室的样品分析测试提供了先进的实验平台。