CSIR-NCL के फिजिकल केमिस्ट्री डिवीजन के वैज्ञानिक शारीरिक और कार्बनिक रसायन विज्ञान के परिष्कृत सिद्धांतों का उपयोग उन बलों के स्रोत का पता लगाने के लिए करते हैं, जो सुस्त कार्बनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देने के लिए जिम्मेदार हैं। यह समूह यह समझने के लिए नई स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकों के विकास और उपयोग पर भी ध्यान केंद्रित करता है कि चीजें परमाणु/अणु स्तर पर कैसे काम करती हैं। कार्बनिक अणुओं के संश्लेषण के दौरान अस्थिर कार्बनिक विलायकों के विकल्प के रूप में कमरे के तापमान वाले आयनिक द्रवों का उपयोग करने पर शोध कार्य भी एक प्रमुख क्षेत्र रहा है। इसने शैक्षणिक और औद्योगिक दोनों क्षेत्रों में बहुत रुचि पैदा की है।