Лаборатория гидрометеорологии моря, возглавляемая Леонидом На- умовичем Репетиним, занимается преимущественно исследованиями гидрологического режима Азово-Черноморского бассейна (АЧБ), многолетней изменчивости системы циркуляции и физических свойств морских вод, ведет обобщение и анализ текущей информации, поступающей из сети морских гидрометеорологических наблюдений. Создан интегрированную компьютерную базу океанографических данных АЧБ, полную среди имеющихся в Украине. Для анализа и представления информации разработаны географическую информационную систему (ГИС) «Гидрометеорология и гидрохимия Черного и Азовского морей». Лаборатория также организует и проводит региональные экспедиционные исследования Севастопольских бухт и прибрежной полосы юга Крыма. Одним из главных направлений деятельности ЛГМ является разработка и внедрение современных численных методов морских прогнозов и расчетов, доведение признанных и испытанных математических моделей гидрометеорологических процессов (таких как ветровое волнение, прибрежные течения, непериодические колебания уровня моря) до уровня, который позволяет работать с ними специалистам прогнозистам в условиях оперативного подразделения. Сейчас завершены такие работы по приспособлению международных численных моделей WAM и SWAN задачам прогноза параметров волнения в Черном море. Разработаны модели прогноза штормовых нагонов и течений в Азовском море.
Лаборатория прибрежной полосы и речных устьев, которой руководит директор Морского отделения Юрий Павлович Ильин, является единственным специализированным научным подразделением в Украине, который проводит исследования и мониторинг экологического состояния устьевых участков рек, впадающих в Черное и Азовского морей. Устьевая океанография имеет ряд специфических направлений, таких как исследование водо-, соле- и теплообмена между рекой и морем, обмена загрязняющими веществами, проникновение морских вод в дельты, динамика процессов в прибрежных акваториях моря, очистки вод в эстуариях и дельтах и тому подобное. Информация непрерывных наблюдений, систематически поступает из стационарных пунктов Гидрометслужбы в устьях рек и эстуариях, а также специальные наблюдения, выполненные лабораторией, анализируются и вводятся в банк данных речных устьев, который содержит информацию о стоке рек, физические и химические показатели качества вод эстуариев и прилегающих участков моря, содержание взвешенных веществ и техногенных загрязнителей и т. д.