针对雄安新区、白洋淀流域和京津冀生态环境治理、保护和修复科技需求，雄安研究院生态与资源环境研究中心设立地理环境综合观测实验室、环境科学与工程实验室和生态规划与工程实验室三个研究单元，开展相关研究和成果转化，支撑雄安新区打造高标准生态城市和京津冀区域生态文明建设。
1. 地理环境综合观测实验室
以白洋淀生态系统观测和改善为起点，以区域环境复杂系统综合监测与治理技术为目标，部署综合实验站、灾害风险监测、污染防控、生态系统修复等团队，通过对雄安新区湿地保护与恢复、水土环境污染治理等方面问题的研究和探索，开展重大地理环境问题的综合研究及技术研发。
实验室依托中国科学院地理科学与资源研究所葛全胜研究团队，联合中国科学院生态环境研究中心、中国科学院微生物所、中国科学院空间信息研究院、中国科学院大气物理所、中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国科学院武汉水生生物研究所等单位共同建设。地理所长期从事数据集成、加工生产、数据标准规范制定及数据库建设等研究工作，建设运行多个科技资源研究、管理与共享服务的中心与平台，在白洋淀流域已布设了水文、生态与环境方面的观测与实验设施，包括易县崇陵流域水文实验基地、定兴县人工林生态观测点及安新县污染土壤环境修复实验点。
面向国家气候变化、科学管理生态环境、减缓自然灾害和提升生态系统功能的重大需求，服务雄安新区绿色发展，在雄安新区谋划建设“中国陆地生态系统观测实验网络（坤脉工程）”，建设国际上领先的国家尺度天-地-空一体化、观测-实验-模拟三位一体、多过程-多要素-多尺度协同观测，覆盖全国的分布式、网络化观测实验科学设施。
2. 环境科学与工程实验室
环境科学与工程实验室主要面向水、大气污染物控制、饮用水安全保障、地下水水质保障与安全利用、土壤污染控制与环境修复、固体废弃物安全处置与综合利用、多介质复合污染控制与流域综合治理等开展研究和技术研发，突破环境治理技术瓶颈，实现水土气的协同治理。
环境科学与工程实验室主要依托中科院生态环境中心水质学国家重点实验室、中科院生态环境中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室、大气环境与污染控制实验室、中科院环境生物技术重点实验室等研究单元进行建设。相关研究团队在POPs、砷、氟等污染物削减与协同控制、饮用水安全保障、大气灰霾与O3污染机制与控制、乡村环境治理与资源化、复合污染生物修复、典型工业场地土壤污染修复、流域生态风险评估与管理、以及环境分析技术与器件研发等方面具有很强的研究能力和丰富的成果积累。
3. 生态规划与工程实验室
生态规划与工程实验室主要开展城市生态智慧监测与管理、城市生态基础设施规划与建设、城市生态系统服务与人居环境提升、韧性与海绵城市建设、城市复合生态系统与人地耦合调控、城市可持续发展等方面的研究，科技支撑雄安新区生态城市建设和京津冀生态安全保障。
生态规划与工程实验室主要依托中科院生态环境中心城市与区域生态国家重点实验室、土壤环境科学与技术实验室等研究单元进行建设。相关研究团队在城市生态系统过程与调控、区域生态系统过程与调控、景观格局-过程与生态恢复、环境胁迫与生态系统响应、区域生态安全与可持续发展等方面取得了一系列重大成果，在我国相关领域处于引领地位，对国家生态保护和建设起到了重要的科技支撑作用。
