ฝ่ายมาตรวิทยามิติมีภารกิจหลักในการดำรงรักษามาตรฐานการวัดแห่งชาติที่เกี่ยวข้องกับการวัดด้านมิติ โดยมีผู้เชี่ยวชาญในด้านมาตรวิทยาและมีเครื่่องมือที่่ทันสมัยที่สามารถให้บริการต่างๆในการสนับสนุนภาคอุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีด้านมาตรวิทยาเพื่อตอบสนองความต้องการมาตรฐานการวัดด้านมิติของประเทศประเทศไทย ซึ่งรวมไปถึงการสอบเทียบเครื่องมือวัด การอบรม การบริการให้คำปรึกษา และการวิจัยและพัฒนาเครื่องมือวัดด้านมิติ

โดยแบ่งกลุ่มงานที่เกี่ยวข้องกับการวัดออกเป็น 3 กลุ่มงานหลักได้แก่ 1. กลุ่มงานมาตรฐานปฐมภูมิความยาว ประกอบด้วยห้องปฏิบัติการความยาวคลื่น ห้องปฏิบัติการความยาว และห้องปฏิบัติการขีดสเกล 2. กลุ่มงานวิศวกรรมการวัดละเอียด ประกอบด้วยห้องปฏิบัติการมุมมาตรฐาน ห้องปฏิบัติการเส้นผ่านศูนย์กลางมาตรฐาน และห้องปฏิบัติการระยะพิกัด 3. กลุ่มงานมาตรวิทยานาโน ประกอบด้วยห้องปฏิบัติการนาโนเทคโนโลยี ห้องปฏิบัติการพื้นผิว และห้องปฏิบัติการรูปร่าง