1、激光聚变物理实验研究：开展激光聚变整体及分解实验，研究激光聚变中涉及的各种物理规律。研究内容包括：黑腔物理、内爆动力学、流体力学不稳定性、辐射输运、辐射烧蚀和辐射不透明度等。
2、相对论等离子体物理：研究超短超强激光与相对论等离子体的相互作用，重点开展相对论激光等离子体尾波场电子加速、鞘电场离子加速等物理机理及应用研究；以高强度超短脉冲激光为平台的中子源、超短强流辐射源（THz辐射至γ射线）和正电子源的产生及应用研究；开展快点火相关基础物理研究。
3、辐射流体力学：利用大能量、高功率激光装置通过激光靶相互作用产生的强辐射，开展辐射与物质相互作用的实验与理论研究，理解物质的辐射烧蚀、辐射输运、流体力学运动及各种辐射流体力学不稳定性增长等演化规律及物理机制，为激光惯性约束聚变及天体物理等应用研究奠定物理基础。
4、温稠密等离子体物理：利用强激光、高温辐射和高能粒子束等加载手段，产生温稠密态物质，研究其微观电子结构以及力学、光学、电学、以及辐射等宏观物理性质，揭示其宏观物性与微观结构和状态之间的内在联系。
5、等离子体中的原子物理：通过理论和实验手段，研究等离子体环境中的原子结构、以及离子、电子和光子之间的离化与复合、激发与退激发、吸收与发射等原子过程及其平衡动力学，研究等离子体的物性以及其中各种相关现象与过程的规律和物理机理。
6、等离子体中的冲击波物理：开展激光加载产生GPa～TPa压力范围的精密物理实验和诊断方法研究，主要包括高功率ns激光驱动的准等熵压缩技术、高速飞片技术、材料表面微喷射，飞秒激光驱动超高应变率方法，超高时空分辨的冲击波诊断技术，测温技术，利用辐射流体模型和分子动力学方法研究材料中的冲击波物理。
