La recherche au NISM est identifiée par quatre pôles, qui soulignent les principales activités scientifiques menées au sein de l'institut. Chaque pôle est une structure bien définie avec des membres, et il est géré par le représentant du pôle. La structuration des pôles n'empêche pas une coopération permanente entre eux. Il existe en effet une interaction bien établie entre les différents pôles, par le biais de projets communs, de conférences, de séminaires, de cotutelles de thèses de master et de doctorat, entre autres.