פליאואקולוגיה ופליאואוקיאנוגרפיה: פליאוסביבות של הקרטיקון; מערכות סביבתיות ימיות; פורמיניפרים פלנקטוניים ובנתוניים ;מערכות מימיות מודרניות והשוואתם לאוקיאנוס העתיק.
הים התיכון: המחלקה שותפה במיזם להקמת המרכז החדש לחקר הים התיכון.
סלעי המזוזואיקון והקנוזואיקון בישראל:
מיקרופליאונטולוגיה, ביוסטרטיגרפיה, ופליאואקולוגיה;  גנזה של סלעים ורצפים קרבונטיים; מדף הים התיכון.
ריאקציות מים-סלע:  השפעת תנאי הסביבה הטבעיים ופעילות האדם על קצבי המסה והשקעה של מינרלים.
הידרוגיאוכימיה איזוטופית סביבתית ביוגיאוכימיה ימית ואנליטית: מחזור יסודות עיקריים ועקביים בימים ואוקיאנוסים; מחזורים גיאוכימיים של פחמן, חנקן, גופרית וסלניום; המלחת אקוויפר החוף; השפעת האדם על האקלים הגלובלי; טיהור טבעי של מערכות מימיות; פיתוח שיטות חדשות למחקר תהליכים ביוגיאוכימיים.
גיאוכימיה יישומית: אנליזה תרמית; גיאוכימיה ומינרלוגיה יישומית; גיאוכימיה סביבתית.
אבולוציה וגיאוכימיה של נפט וגז: היסטוריה תרמלית של סביבות טקטוניות; התבגרות של סלעי מקור לפחמימנים; זיהומי דלקים.
טקטוניקה של שרשראות הרים: סלעים מגמתיים ומטמורפיים כרשמים של טקטוניקת הלוחות. איזוטופים יציבים ורדיוגנים כעוקבים לתהליכים בפני השטח ובעומק.
פלאומגנטיות: השדה המגנטי של כדור הארץ, שיחזור קינמטי, כיווני זרימה של מגמה, תיארוך סלעים, היווצרות הקרום האוקיאני ושחזור תנועת הלוחות.
מינרלוגיה ופטרולוגיה מטמורפית: מטמורפיזם התחלתי, התפתחות מיקרוטקסטורות ופצילות צפחתית; מינרלוגיה של חרסיות, מיקות ואמפיבולים; רצועות אורוגניות.
סלעים מגמתיים:  וולקנולוגיה; המסיב הקריסטליני באילת וסיני.
גיאומורפולוגיה ותרמוכרונומטריה: יישומים בניתוחים טקטוניים.

גיאולוגיה סטרוקטורלית:
מעוות של סלעים; מקרו- ומזוסטרוקטורות; התנהגות חרסיות לאורך שברים;  קינמטיקה של שברים; סידוק סביב קמטים, רעידות אדמה.
שבירה וסידוק: מכניקת הסלע בחומרים פריכים במעבדה ובשדה; טקטונופרקטוגרפיה, קרינה אלקטרומגנטית בתהליך הסדוק.
גיאולוגיה הנדסית וגיאומכניקה של סלעים, קרקעות וחומרים גיאולוגיים: יציבות מדרונות ופתחים תת-קרקעיים בסלעים; מכניקה של קרקעות, סלעים וחומרי בניה; שיטות מתקדמות לשיפור קרקעות; פיתוח שיטות מתקדמות לניטור של חללים תת-קרקעיים.
הידרוגיאולוגיה:  מודלים של זרימה והסעה של מי תהום; מילוי חוזר באגנים מדבריים; מנגנוני הסעה של מזהמים. בשיתוף פעולה עם מכון צוקרברג בשדה בוקר.
דינמיקה של תהליכים בפני השטח ובקרבתו בכדור הארץ. אבולוציה ארוכת-טווח של נוף, עם אפליקציות לגיאומורפולוגיה טקטונית, מכניקה של מערכות גרגריות ונוזליות, ומכניקה של אזורי גזירה בגלישות קרקע ובשברים.