中国科学院地质与地球物理研究所的地球化学实验室是一个全方位支持地球化学研究的设施，提供了一系列专业服务。实验室设施包括固体放射性同位素分析室、稳定同位素分析室、氩同位素年代学测定室，以及化学成分和矿物测试实验室。这些实验室配备有样品前处理室、化学分析室和超净化学环境，形成了一个完整的实验室体系。
实验室的管理采用主任负责制，目前，实验室下设的固体放射性同位素实验室、氩同位素年代学实验室等在新管理体制下有序运作，例如电子探针实验室、多接受器质谱实验室、环境同位素实验室等都在实验室主任的领导下高效运转。
实验室对公众开放，科研人员可以申请进入进行实验研究或样品分析，同时也可以委托实验室技术人员进行测试工作。此外，实验室还接纳研究生进行半工半读学习，以培养他们的实验技能和仪器操作能力，提升他们的实验研究能力。
固体同位素地球化学实验室在地质与地球物理研究所和“岩石圈演化国家重点实验室”的指导下，专注于同位素稀释法+热电离质谱仪（ID-TIMS）技术的发展，针对Rb-Sr、Sm-Nd、U-Th-Pb和Re-Os等体系进行高精度分析测试。实验室主要研究领域包括同位素年代学、岩石圈演化、造山带构造演化、成矿年代学等。
实验室拥有先进的设备，如2台热电离质谱仪，具备大规模、高净化级别的同位素化学分离和纯化环境，可同时容纳多人进行实验。对于科研人员，实验室开放的项目根据其稳定性和可靠性分为不同层次：
中国科学院地质与地球物理研究所于1999年由原中国科学院地质研究所和原中国科学院地球物理研究所整合而成。整合前的两个研究所都有长达50余年的历史并取得了丰硕的科研成果，在国内外地学界具有很高的学术地位。著名地质学家侯德封先生和著名地球物理学家赵九章先生曾分别担任原地质研究所和原地球物理研究所首任所长。