יחידות המחקר מתמחות בנושאי חקלאות שעיקרם התמודדות עם בעיות המעיקות על חקלאי הנגב:
בעיות גידוליות; בעיות קרקע; הגנת הצומח. לכולן השלכות על הגדלת רווחיות ענפי הגידול השונים.
תחומי המחקר העיקריים: מדעי הצמח - גידולי שדה, מרעה ושטחים פתוחים, זית, הדרים, חקלאות מדיקת; הגנת הצומח - אנטומולוגיה, מחלות צמחים, נמטולוגיה; קרקע ומים - הזנה, השקייה, מים שוליים ומים מותפלים.
בנוסף, במרכז המחקר בגילת ניתנים שירותים חקלאיים חשובים לכלל המגדלים: מעבדת אבחון מחלות צמחים וחיזוי חנקן בקרקע ב"שיטת גילת" (באחריות צוותי המחקר). כמו כן, מעבדה לשירות שדה (באחריות מ.א. בני-שמעון) והמאגר הגנטי הארצי להדרים (באחריות מועצת ההדרים) מצויים בגילת.
מרכז מולכו, הפועל בגילת, מעודד קיומו של מחקר אזורי ע"י הענקת מלגות שנתיות לסטודנטים המבצעים את עבודות המחקר בנושאים קשורים לנגב.