Відділ геології нафти та газу Завідувач – академік НАН України М. І. Павлюк Відділ геології нафти і газу створений 1961 р. У відділі працює 20 співробітників, у тому числі 3 доктори, з яких 1 академік  НАН України, та 3 кандидати наук. Головними напрямами досліджень відділу є:

• вивчення проблеми нафтогазоутворення з позицій новітніх геологічних концепцій;
• дослідження закономірностей формування і розміщення родовищ нафти та газу в земній корі.

За цими напрямами виконуються наступні важливі фундаментальні та прикладні наукові дослідження у сфері нафтогазової геології: – вдосконалення теорії походження вуглеводнів, як основи підвищення ефективності та вироблення нової науково обґрунтованої стратегії і тактики пошуків та розвідки покладів і родовищ нафти і газу; – на сучасному етапі в умовах сповільнення темпів приросту запасів вуглеводнів в Україні однією з пріоритетних – як фундаментальних, так і прикладних – проблем сучасної нафтогазової геології є встановлення та наукове обґрунтування основних критеріїв та оцінка перспектив нафтогазоносності на основі досліджень геодинамічних режимів нафтогазонагромадження в перспективних регіонах України, особливостей геотектонічної еволюції і вплив зазначених факторів на нафтогазоносність; – розробка гіпотези походження нафти і газу, за якою вони є продуктом взаємодії глибинних (мантійних) водень–вуглець–вуглеводневих газів і легких нафт (конденсатів) та органічної речовини осадових порід (“полігенез нафти”); – розробка термодинамічних методів моделювання перетворень органічної речовини, як нерегулярного полімеру, з утворенням низькомолекулярних вуглеводнів в широкому діапазоні тисків та температур, у тому числі в межах осадової товщі; – опрацювання геолого-геофізичних і геохімічних моделей формування нафтогазоносних провінцій України: Карпатської, Дніпровсько-Донецької і Азово-Чорноморської; – геодинамічні та геохімічні аспекти нафтогазонагромадження та особливостей розміщення родовищ нафти і газу в нафтогазоносних провінціях України; – встановлення геохімічних аспектів процесів міграції та акумуляції нафт і конденсатів  та особливості розповсюдження вуглеводневих компонентів природного газу нафтогазоносних регіонів України на підставі дослідження їхніх геохімічних особливостей; – визначення перспективних резервуарів вуглеводнів неантиклінального типу (поховані рифи, стратиграфічно- і диз’юнктивно-екрановані та ін.) на Волино-Поділлі та обґрунтування нових пошукових об’єктів – палеозойських і рифейських відкладів Передкарпаття; – наукове обґрунтування зон акумуляції вуглеводнів у недостатньо вивчених нафтогазоносних комплексах Західної України як резерву для збільшення видобування вуглеводневої сировини. “Розробка наукових підходів та сучасних технологій з підвищення енергоефективності, енергозбереження та використання відновлюваних джерел енергії для досягнення енергонезалежності України” в рамках програмно-цільової та конкурсної тематики НАН України ”Цільова комплексна міждисциплінарна програма наукових досліджень НАН України з розроблення наукових засад раціонального використання природно-ресурсного потенціалу та сталого розвитку“ (2015-2017 рр.). Реалізація цих робіт відповідає Закону України «Про затвердження Загальнодержавної програми розвитку мінерально-сировинної бази України на період до 2030 року», затвердженого 21 квітня 2011 року №3268-VI, пріоритетному напряму розвитку науки і техніки – Раціональне природокористування. Результати досліджень були викладені в численних наукових звітах, біля 500 публікаціях, в тому числі в 14 монографіях (2000–2023 р.р.). На основі досліджень були розроблені та впроваджені науково-практичні рекомендації на проведення геологопошукових і бурових робіт. Співробітники відділу брали активну участь у численних міжнародних наукових конференціях, у тому числі: 32-33-ому Міжнародних геологічних конгресах (Італія, 2004 р., Норвегія, 2008), Конгресах КБГА (Сербія, 2006; Греція, 2010; 2014; 2018 та 2022 рр.). Проводиться плідна наукова співпраця з геологічними установами Австрії, Польщі, Словачини та Китаю. Результатом співпраці з польськими і словацькими дослідниками стало видання Геологічної карти прикордонних територій Польщі, України та Словаччини. Відділ геології нафти і газу разом з іншими відділами Інституту є базовою структурою Наукової Ради НАН України з проблеми “Геологія і геотехнологія горючих копалин”, а також Наукової секції “Науки про Землю” Західного наукового центру НАН України і МОН України. Завідувач відділу – академік НАН України М. І. Павлюк, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки (2009 р.); отримав премію НАН України ім. П. А. Тутковського в галузі геології (2017 р.); нагороджений медаллю “За працю і звитягу” (2003 р.) та орденом «За заслуги» третього ступеня (2018 р.); йому присвоєно почесне звання «Заслужений діяч науки і техніки України» (2008 р.).