यह एक कार्बन परमाणु वाले यौगिकों, जैसे CO, CH4, CH3OH, CO2, आदि से कई महत्वपूर्ण रसायनों और ईंधनों के संश्लेषण का रसायन विज्ञान है। इसका ध्यान विभिन्न ऊर्जा, पर्यावरण और स्वास्थ्य सेवा अनुप्रयोगों के लिए नवीन विषमांगी उत्प्रेरक पदार्थों के विकास पर है। सीएसआईआर-एनसीएल उत्प्रेरक सतह पर बंधन बनाने और तोड़ने की प्रक्रिया के आणविक-स्तर के विवरण तक पहुँचने के लिए इन-सीटू या ऑपरेंडो स्थितियों के तहत मौलिक सतह विज्ञान अध्ययन भी करता है। पायलट प्लांट सुविधा वाली विधियों में पदार्थों के प्रदर्शन को परिवर्तित करने पर ज़ोर देना कैटेलिसिस प्रभाग को अद्वितीय बनाता है। हाइड्रोजन उत्पादन, बायोमास उपयोग, फोटोकैटेलिसिस, सतह विज्ञान आदि के लिए पदार्थ, कुछ ऐसे क्षेत्र हैं जिन पर वर्तमान में सक्रिय रूप से काम किया जा रहा है। सीएसआईआर-एनसीएल ने मेथनॉल निर्जलीकरण से डीएमई का उत्पादन करने के लिए एक स्वदेशी प्रक्रिया प्रौद्योगिकी विकसित की है। उत्प्रेरक और प्रक्रिया की लागत उपलब्ध प्रक्रियाओं के साथ आर्थिक रूप से तुलनीय है। इन कार्यों का उद्देश्य पारंपरिक रासायनिक उद्योग से परे एक प्रतिस्पर्धी उद्योग का निर्माण करना है।