המעבדה הלאומית לפיסיקה מחזיקה את אבות המידה של מדינת ישראל – מכשירי מדידה מדויקים בתחומים להלן:

- אורך

- מסה

- טמפרטורה

- מתח והתנגדות חשמליים

- לחץ, וואקום

- כמות החומר

- זמן ותדר.

בשנת 1985 חתמה מדינת ישראל על אמנת-המטר. עקרון אמנת-המטר הוא שתוצאות מדידות שהתקבלו במדינות שחתמו על אמנה זו תהיינה עקיבות לאבות מידה לאומיים ובינלאומיים. אבות מידה ע"פ אמנת המטר מוחזקים בכל מדינה במכון לאומי למטרולוגיה (מדידות), בישראל – במעבדה הלאומית לפיסיקה.  מתוך כך נגזרת הפונקציה העיקרית של המעבדה: מצד אחד - כיול מכשירי מדידה של מעבדות כיול ובדיקה הנותנות שירות לתעשייה ולמסחר בארץ, ומצד שני - השוואת אבות מידה של מדינת ישראל לאבות מידה של מדינות שחתמו על אמנת-המטר כדי להבטיח שוויון מידות. תפקיד זה של המעבדה הוא אחד ממרכיבי התשתית לתעשייה ולמסחר במדינת ישראל.  

תוצאות מדידה ובדיקה שאינן עקיבות לאבות מידה לאומיים או בינלאומיים לא מתקבלות  היום כאמינות בתעשייה ובמסחר.

הזמן של מדינת ישראל נקבע ע"פ חוק במעבדה הלאומית לפיסיקה בעזרת מערכת מיוחדת שמשווה מספר פעמים ביום את תוצאות מדידת הזמן בארץ עם תוצאות מדידת זמן של מעבדות לאומיות אחרות בעולם.

המעבדה הלאומית לפיסיקה משתתפת בפיתוח אבות מידה חדשים, לדוגמא בתחום כמות החומר: מערכות  

למדידת חומציות ומוליכות בתמיסות, חומרי ייחוס וכו'. כמו כן מארגנת המעבדה השוואות בינמעבדתיות בארץ (מבחני מיומנות) בתחומים שונים של מדידה, כיול ובדיקה.

המעבדה הלאומית לפיסיקה משמשת כנציגה בלעדית של המדינה במשרד הבינלאומי ה-BIPM שאחראי

על יישום אמנת המטר. באוקטובר 2003 המל"פ חתמה על הסכם רב צדדי להכרה של סטנדרטי מדידה לאומיים  ותעודות כיול ומדידה שמבצעים מכוני מטרולוגים לאומיים של מדינות החברות באמנת המטר. מאז תעודות מדידה וכיול של המל"פ מקובלות ב-59 מדינות מפותחות בעולם.

המעבדה פעילה גם בארגונים לאומיים ובינלאומיים אחרים העוסקים במדידה, כיול ובדיקה. משנת 2004 המל"פ הצטרפה לארגון האירופאי EUROMET.