Začeci Geofizičkog odsjeka padaju u davnu 1861. organiziranjem prvih sustavnih meteoroloških motrenja u nas, što se postupno širilo i na djelatnosti u okviru ostalih područja geofizike: fiziku atmosfere, fiziku čvrste Zemlje i fiziku mora. Već se 1862. objavljuju izvještaji o vremenu u Zagrebu, a koncem 19. stoljeća Andrija Mohorovičić, predstojnik tadašnjega Geofizičkog zavoda, objavljuje i prve vremenske prognoze. U to se vrijeme na Geofizičkom zavodu prikupljaju makroseizmički podaci, a početkom 20. stoljeća postavljeni su i prvi seizmografi. Radi potreba mjerenja uvodi se služba točnog vremena, koja je u javnosti znana po pucnju gričkog topa koji se oglašava u podne počam od 1876., a od 1926. i označavanjem punog sata putem radija ("... na treći znak Geofizičkog zavoda bilo je točno..."). Mreža meteoroloških postaja Hrvatske vremenom se znatno proširuje, te se 1946. izdvaja u samostalnu ustanovu (današnji Državni hidrometeorološki zavod), a Geofizički zavod otada djeluje kao znanstveno-nastavna jedinica Prirodoslovno-matematičkog fakulteta.

Seizmološka služba, koja djeluje u okviru Geofizičkoga odsjeka, brine o prikupljanju i analizi makroseizmičkih i mikroseizmičkih podataka. Na području Republike Hrvatske održava u stalnom pogonu pet seizmografa i petnaest akcelerografa kojima prati vibriranja tla uzrokovana potresima u nas i u svijetu.

Mareografska postaja u Bakru od 1929. bilježi vodostaj Jadranskog mora, a Opservatorij na Puntijarki od 1959. utvrđuje intenzitet Sunčevog zračenja. Automatska meteorološka postaja, koja je na Horvatovcu postavljena 1987. godine, bilježi vrijednosti standardnih meteoroloških elemenata (tlaka, temperature zraka i tla, oborine, smjera i brzine vjetra, vlažnosti zraka, globalnog i difuznog Sunčevog zračenja), a od 1998. i ultraljubičastog zračenja.

U današnje znanstvene aktivnosti Geofizičkoga odsjeka uključena su istraživanja potresa, fizikalnih svojstava Zemljine kore, gibanja u Jadranskom moru, vremena (u meteorološkom smislu), klime, međudjelovanja fizikalnih procesa u moru i atmosferi te fizičko-kemijskih promjena u atmosferi u svezi s promjenama klime i ljudskom aktivnošću. Ta se proučavanja provode prvenstveno za područje Hrvatske, no neki od rezultata značajni su i u svjetskim razmjerima.

Geofizički zavod 'Andrija Mohorovičić' izdaje časopis Geofizika.