L’École compte cinq laboratoires : physique, chimie, géologie, zoologie, botanique.
Le laboratoire de physique occupe plus de la moitié des 271 personnels scientifiques. Les physiciens possèdent hors de Paris plusieurs annexes comme l’Observatoire de Nançay, et le grand accélérateur de linéaire d’Orsay mis en service en 1958.
Yves Rocard oriente la recherche fondamentale vers des sujets porteurs pour l’industrie : géophysique, physique des hautes énergies et radioastronomie. Les travaux d'Alfred Kastler sur la spectroscopie atomique et de Pierre Aigrain sur les semi-conducteurs découlent de ces décisions.
Jean Hyppolite, directeur, favorise les disciplines en expansion comme la sociologie, l’ethnologie, la psychologie.