Дирекцията осъществява функции по:

• извършва лабораторно-аналитична дейност, свързана с набиране и анализ на проби от околната среда, за осигуряване дейността на НСМОС по заявка от басейновите дирекции за управление на водите, регионалните инспекции по околната среда и водите, външни клиенти, както и по сигнали и жалби на граждани, правителствени и неправителствени организации, както следва: а) анализи, свързани с: - качеството на атмосферния въздух;
  - качеството на повърхностни, подземни, отпадъчни, питейни и минерални води;
  - качеството на почвите;
  - охарактеризирането на отпадъците; б) осъществяване на контрол върху освобождаването на генетично модифицирани организми (ГМО) в околната среда чрез анализ на проби от растения, почви и води;
  в) изграждане и функциониране на системата за контрол на качеството на въздуха и за провеждане на измервания на емисии от неподвижни източници;
  г) контролиране на радиационната обстановка в страната и анализиране съдържанието на естествени и техногенни радионуклеиди в компонентите на околната среда;
  д) измерване еквивалентното ниво на шума;
• оказва методическа помощ и контролира качеството на анализите в регионалните лаборатории, организира и провежда периодични курсове и семинари за експертите от главната дирекция;
• участва в разработването, хармонизирането и прилагането на стандартизационни документи в съответствие с изискванията на европейското законодателство в областта на контрола на околната среда;
• участва в междулабораторни сравнителни изпитвания на национално, европейско и международно ниво с цел осигуряване и контрол на качеството на извършваните анализи;
• осигурява и контролира качеството на данните, получавани при измерванията по отделните компоненти на околната среда;
• изготвя комплексната документация във връзка с процедурите по акредитирането и преакредитирането на лабораториите в съответствие с изискванията на БДС EN ISO/IEC 17025:2006;
• изготвя технически спецификации и участва при провеждането на процедури за възлагане на обществени поръчки, свързани със снабдяването на агенцията с химикали, стъклария, консумативи, сертифицирани стандартни материали, апаратура и др.;
• участва в изпълнението на международни програми и проекти;
• участва в разработването на проекти на нормативни актове.