O Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais conta com 13 laboratórios: 

• Laboratório de Ensaios Mecânicos

• Laboratório de Ressonância Magnética

• Laboratório de Microscopia Eletrônica

• Laboratório de Filmes Finos e Células Solares

• Laboratório de Materiais Cerâmicos

• Laboratório de Metalografia

• Laboratório de Biomateriais

• Laboratório de Ensaios Ambientais em Polímeros

• Laboratório de Tratamentos Termomecânicos

• Laboratório de Difração de Raios X

• Laboratório de Compósitos Poliméricos de Fibras Naturais

• Laboratório de Ensaios Balísticos

• Laboratório de Criogenia

Esses laboratórios atendem aos corpos docente e discente do Programa em suas pesquisas, sendo constantemente atualizados por meio de projetos com financiamento de órgãos de fomento, permitindo que disponham de equipamentos modernos. Além disso, alguns laboratórios atendem a usuários externos ao IME em projetos de colaboração, entre eles o Laboratório de Ensaios Mecânicos, que está credenciado pelo Inmetro para emitir laudos de ensaios de materiais, e o Laboratório de Microscopia Eletrônica. 

Além dos laboratórios situados nas dependências do IME, o Programa utiliza laboratórios de outras unidades do Exército Brasileiro, principalmente nas pesquisas e teses sobre blindagem balística, entre eles os seguintes: Laboratório de Materiais do Centro Tecnológico do Exército (CTEx), para ensaios em barra Hopkinson; Linha de tiro do Centro de Avaliações do Exército (CAEx); Laboratório de Materiais do Parque de Instrução Ricardo Franco (PIRF), cujas instalações estão atualmente sob a responsabilidade do Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais.