生命過程的定量研究和系統整合
主要研究方向：基因語言及調控，功能基因組學，模式生物學，表觀 遺傳學及非編碼核糖核酸，生命體結構功能及其調控網絡，生命體重構，生物信息學，計算生物學，系統生物學，極端環境中的生命特征，生命起 源和演化，系統發育與進化生物學等。
凝聚態物質與新效應
主要研究方向：強關聯體系、軟凝聚態物質，新量子特性凝聚態物質 與新效應，自相似協同生長、巨開放系統和復雜系統問題，玻色一愛因斯 坦凝聚，超流超導機制，極端條件下凝聚態物質的結構相變、電子結構和 多種原激發過程等。
物質深層次結構和宇宙大尺度物理學規律
主要研究方向：微觀和宇觀尺度以及高能、高密、壓、超強磁場 等極端狀態下的物質結構與物理規律，探索統一所有物理規律的理論，粒 子物理學前沿基本問題，暗物質和暗能量的本質，宇宙的起源和演化，黑 洞及各種天體和結構的形成及演化，太陽活動對地球環境和災害的影響及 其預報等。
核心數學及其在交叉領域的應用
主要研究方向：核心數學中的重大問題，數學與其他學科相互交叉及 在科學研究和實際應用中產生的新的數學問題，如離散問題、隨機問題、量子問題以及大量非線性問題中的數學理論和方法等。
地球系統過程與資源、環境和災害效應
主要研究方向：地球系統各圈層（大氣圈、水圈、生物圈、地殼、 211 地幔、地核）的相互作用，地球深部鑽探，地球系統中的物理、化學、生物過程及其資源、環境與災害效應，海陸相成藏理論，地基、海基、空基、天基地球觀測與探測系統及地球模擬系統，地球系統科學理
論等。
