La investigación que se lleva a cabo en el CENIEH es de un marcado carácter interdisciplinar, insertándose las diversas disciplinas científicas en tres Programas Científicos que cuentan con diferentes líneas de investigación: Arqueología, Geocronología y Geología, y Paleobiología.

Cada Programa tiene un coordinador, responsable de su funcionamiento y de su interrelación con otros Programas, tanto a nivel científico como de recursos humanos. Además, la labor científica se ve apoyada por la Unidad de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) para dar a conocer los resultados de la investigación y los servicios que el CENIEH presta a la sociedad a través de sus infraestructuras científico-tecnológicas.