「地球化学グループ」は，火山の諸現象，地球や惑星を構成する物質の進化，地球内での物質循環などを探求する研究を，微量元素，同位体などのトレーサーを用いた地球化学的手法で行っている．
九州には火山が数多く分布しているが，最近活動しているものでも流体の寄与が顕著な典型的な沈み込み帯火山のほかに，スラブ溶融を原因とすると考えられている火山も混在している．しかし同位体を用いた研究は少ない．ウラン－トリウム放射非平衡分析から，230Th/238U<1となる流体付加火山と，230Th/238U>1となるスラブ溶融火山を区別することを目的とする研究を進めている．多くの火山の岩石が放射平衡に近い(230Th/238U=1)組成を持つが，鬼箕，福江火山などが230Th/238U>1の組成を持つ結果が得られた．また1万年以下の阿蘇火山の若い試料の高精度分析により，230Th/238U>1の試料が多いことが分ってきた．他の微量元素や同位体組成と組み合わせて成因を解析中である．
次に火山岩のみならず，変成岩や堆積岩の微小部分，例えば個々の斑晶鉱物やメルト包有物，さらには鉱物結晶の累帯構造の各部分に残された記録を読み解いて，マグマや源岩の化学進化を解明する研究も同グループの重要な課題である．2004年度に導入された213 nm 波長Nd:YAG レーザーアブレーション・システム (UP-213 型) と旧型ICP 四重極型質量分析計 (VG PQ3 型) を独自に改良することで，高感度・低バックグランドの分析を可能とし，国際レベルの分析精度を達成している．同分析装置を用いて 1)ジルコン・ルチル・アパタイト結晶の局所U-Pb 年代測定，2) 同一ジルコン粒子を用いたFT年代・U-Pb年代のダブル年代測定, 3) 鉱物・メルト包有物の局所微量元素分析，4) XRF 分析装置とカップリングして行う迅速性の高い主・微量元素全岩分析を精力的に行っている．現在，前述した研究テーマで，国内の研究者ら，および国外ではロシアやチリ，アルゼンチン，ブラジル，トルコ， USAの研究者らと共同研究を実施中である．
また，火山岩や隕石中に含まれる希ガス同位体組成を調べ，それをもとに火成活動の時空分布，惑星内部からの脱ガスや大気形成過程，惑星の形成・進化史の解明を目的とした研究も行っている．希ガスは不活性なため物理的プロセスを探求するのに有用なトレーサーであり，また4He ，40Ar ，129Xe など年代測定に応用できる放射起源同位体を有する．現在は特に，小惑星や月起源隕石の希ガスデーターにもとづく惑星形成時の熱源や熱史の解明，地球型惑星の大気進化モデル構築，隕石・衛星データによる火星火山活動史の解明とクレーター年代等をもとにした年代学探査着地点検討，および将来の月惑星探査機への搭載に向けた「レーザー照射源を用いるK-Ar 年代測定システム (小型LIBS-MS システム) 」の開発などを進めている．また，はやぶさ2 探査の試料採集・分析に関する共同研究や火星衛星探査計画（MMX）および火星着陸探査技術実証WG (いずれもJAXA 他) に参加している．