Oddělení materiálové analýzy v sobě soustřeďuje analytické laboratoře s nákladným experimentálním vybavením, které slouží širokému spektru výzkumných směrů. Charakterizace složení, struktury a mikrostruktury materiálů je podmínkou jakýchkoliv dalších experimentů v oblasti zkoumání nových materiálů, ověřování technologií a jejich vývoje.

Laboratoře sdružené v Oddělení materiálové analýzy se zabývají charakterizací materiálů metodami rentgenové difrakce (práškové i monokrystalové), rtg. reflektivity, elektronové mikroskopie (transmisní i řádkovací), a optické emisní spektroskopie s doutnavým výbojem. Dále se věnují provozování a podpoře nákladné výzkumné infrastruktury (elektronové mikroskopy, rtg. difraktometry), která je přístupná i ostatním výzkumným týmům, a zabývá se školením jejich členů pro práci s těmito zařízeními a podporou jejich výzkumu.