U Zavodu za organsku kemiju provode se temeljna istraživanja iz organske kemije s naglaskom na pripravu novih organskih spojeva s potencijalnom primjenom u području biotehnologije, farmaceutskoj industriji, medicini i kemiji materijala. Klasični postupci organske sinteze upotpunjuju se modernim sintetskim metodama, kao što su reakcije potpomognute mikrovalnim zračenjem, mehanokemijske reakcije i sinteze uz pomoć biokatalizatora, koje se koriste u svrhu priprave bioaktivnih spojeva (peptida, glikokonjugata, heterocikla, peptidomimetika i dr.). Spojevi se evaluiraju kao antitumorski, antibakterijski i antiadhezijski agensi, imunostimulatori, inhibitori kolinestereza (potencijalni terapeutici u liječenju Alzheimerove bolesti) i/ili se određuje reaktivacijski potencijal prema kolinesterazama inhibiranim toksičnim organofosfornim spojevima. Istraživanja su kombinirana s naprednim kvantnokemijskim metodama i strojnim učenjem što omogućuje usavršavanje i daljnju optimizaciju najaktivnijih spojeva. Također se razvijaju nove sintetske metodologije i provodi sinteza prirodnih organskih spojeva te njihovih derivata s naglaskom na potencijalne nove klase antibiotika. Istražuju se i supramolekulski sustavi temeljeni na koordinacijskim kavezima s potencijalnom primjenom u stereoselektivnoj katalizi. Provodi se sinteza i proučava fotokemija spojeva s mogućom primjenom u fototerapiji i/ili optoelektronici. Istraživanja su također usmjerena na razvoj funkcionalnih organskih materijala koji obuhvaćaju polimerne organske poluvodiče i njihove tanke filmove te porozne organske polimera za katalitičku pretvorbu ugljikovog dioksida i adsorpciju stakleničkih i industrijski relevantnih plinova. Eksperimentalne metode karakterizacije poroznih organskih polimera nadopunjuju se računalnim metodama kojima se proučavaju njihova strukturna, elektronska i adsorpcijska svojstva. Periodičnim DFT metodama istražuje se odnos između strukture i mehaničkih svojstava organskih materijala. Dio istraživanja na Zavodu usmjeren je na razvoj inovativnih i pristupačnih modela instrumenata te eksperimenata za poučavanje temeljnih kemijskih koncepata u obrazovnom kontekstu.