Les connaissances et l’expertise de l’unité, dans le domaine de l’écologie quantitative et fonctionnelle appliquée aux écosystèmes forestiers, sont basées sur des études combinant différentes échelles spatiales (sol-plante) et temporelles (de la semaine à plusieurs décades) pour comprendre le fonctionnement des écosystèmes forestiers. Grâce à une identification des processus fondamentaux (minéralisation de la matière organique, altération des minéraux du sol, dépôts atmosphériques, transfert et chimie des solutions du sol, etc..) et leurs facteurs qui les pilotent, cette unité est capable de proposer des solutions pratiques pour optimiser la gestion des écosystèmes forestiers dans un environnement changeant (climat, changement d’usage des terre, forte pression pour l’approvisionnement en bois, notamment bois énergie). L’unité est fortement impliquée dans le développement de modèles pour simuler la croissance des arbres et les interactions sol-plante, le stockage de carbone dans les sols, et plus généralement, la dynamique de la matière organique du sol.

Une des forces majeures de l’unité est son expérience unique dans l’établissement et la gestion de sites d’observation (mesures, utilisation des traceurs naturels) et d’expérimentation (manipulation d'écosystèmes, introduction de traceur externe organiques ou minéral) fortement instrumentés en zone tempérée ou tropicale. Ces sites sont suivis sur le long terme en mesurant les stocks et les flux (équivalent de 250 ans de mesures intensives sur le fonctionnement des écosystèmes, avec les bases de données correspondantes), et permettent, notamment, d’établir des bilans environnementaux. Ils ont été labellisés en 2010 au sein du SOERE FORET par AllEnvi. Outre les sites ateliers, l'Unité utilise de nombreux dispositifs de pérennité plus ou moins grande (dispositifs à long terme d'amendement calcaire et de fertilisation, dispositifs in situ utilisant des minéraux-tests dont l'évolution permet d'identifier les mécanismes actuels du fonctionnement des sols, dispositifs utilisant des traceurs naturels ou artificiels dans le cadre de projets concernant le suivi de la minéralisation de la matière organique (15N), le traçage de la migration de l'eau du sol (Cl), le suivi des cycles des cations majeurs (Ca, Mg), la localisation du prélèvement d'eau et des éléments nutritifs en utilisant un enrichissement différentiel naturel ou artificiel des différents horizons du sol (¹⁶O /¹⁸O, ¹⁵N/¹⁴N, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr). Les approches sont synchroniques ou diachroniques.

Des travaux en conditions contrôlées viennent en appui pour expliquer les mécanismes. La généralisation des données locales s'appuie sur les réseaux spécialisés ou généraux (Renécofor-ONF, Réseau Forestier Européen) de placettes d'observation ou des réseaux de laboratoires.

Cette Unité dispose d'un laboratoire propre d'analyse des sols, des solutions et des végétaux (ICP AES, ICP MS, GC-LC IRMS en commun avec la plateforme d’écologie fonctionnelle de l’UMR EEF-Nancy, Colorimétrie, TOC-TON, NIRS-MIRS, spectrocolorimètre, colorimètre à flux continu, chromatographie ionique, chromatographie gaseuze) et collabore avec les laboratoires spécialisés pour les observations plus spécifiques (MEB, MET, microsondes, NanoSIMS, STXM-NEXAFS).