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  主要研究方向：團簇的精準制備、本征性質表征和理論；團簇的動態生長、機理、結構和性能；團簇多級結構的構筑與協同效應；仿生團簇的生物功能和高效化學活性。

工程與材料科學部優先發展領域
（1）亞穩金屬材料的微結構和變形機理
  主要研究方向：發展新型具有特殊性能的非晶態合金體系；復雜合金相的結構和性能研究；結構特征與表征方法；結構與熱穩定性；變形機理及強化機制；脆性斷裂機理及韌化；深過冷條件下的凝固行為及晶體形核和生長過程研究。
（2）高性能輕質金屬材料的制備加工和性能調控
  主要研究方向：輕質金屬材料（鋁、鎂、鈦合金和泡沫金屬等）合金設計、強韌化機理及組織性能調控研究；先進鑄造、塑性加工以及連接過程中的工藝、組織和性能調控的基礎理論研究；使役性能與防護基礎理論研究；燒結金屬孔結構控制基礎研究。
（3）低維碳材料
  主要研究方向：低維碳材料的結構特征及其新物性的物理起因；低維碳材料中電子、光子、聲子等的運動規律和機制；低維碳材料的可控制備原理與規模化制備方法；低維碳材料的新物性、新效應、新原理器件和新應用探索。
（4）新型無機功能材料
  主要研究方向：基于微觀物理模型和物理圖像的高溫超導機理研究與應用；多鐵性材料的合成和磁電耦合機理與應用；超材料的結構設計原理及其新效應器件；阻變材料的物理機制和器件憶阻行為的可調控性及原型器件研究。
（5）高分子材料加工的新原理和新方法
  主要研究方向：高分子材料加工中結構演變的物理與化學問題；高分子材料非線性流變學，以及高分子加工不穩定現象的機理；高分子材料加工的多尺度模擬與預測；高分子材料加工的在線表征方法；微納尺度加工等新型加工方法，以及基于原理創新的加工技術。
（6）生物活性物質控釋/遞送系統載體材料
  主要研究方向：生物啟發型和病灶微環境響應載體材料；疾病免疫治療藥物載體材料；核酸類藥物載體材料及其遞送系統；具高靈敏度、組織和細胞高靶向性及信號放大功能的分子探針，以及診－治一體化的高分子載體材料及其遞送系統。
（7）化石能源高效開發與災害防控理論
  主要研究方向：實鉆地層物化特性和巖石力學；油氣藏開發，復雜工況管柱與管線，復雜油氣工程相互作用及流動；開采條件下巖體本構關系，多相、多場耦合的多尺度變形破壞機理；極端條件下開采機器人化的信息融合與決策。
（8）高效提取冶金及高性能材料制備加工過程科學
  主要研究方向：冶金關鍵物化數據；選冶過程物相結構演變；反應器新原理與新流程，低碳煉鐵；高效轉化與清潔分離，二次資源利用，高效連鑄；高性能粉末冶金材料；多場作用下的金屬凝固；界面科學；冶金過程高效利用。
（9）機械表面界面行為與調控
主要研究方向：界面接觸與粘著機理；表/界面能形成機理及應用；受限條件下界面行為調控；運動體與介質界面行為；生物組織/人工材料界面行為；生物組織界面損傷與修復。
（10）增材制造技術基礎
  主要研究方向：高效、高精度增材制造方法；先進材料增材制造技術及性能調控；材料、結構與器件一體化制造原理與方法；生物3D打印及功能重建；多尺度增材制造原理與方法。
（11）傳熱傳質與先進熱力系統
  主要研究方向：非常規條件及微納尺度傳熱的基礎研究；基于先進熱力循環的新型高效能量轉換與利用系統；生物傳熱傳質基礎理論及仿生熱學；熱學探索－熱質理論的微觀基礎及其與宏觀規律的統一。
（12）燃燒反應途徑調控
  主要研究方向：基于燃料設計和混合氣活性控制的燃燒反應途徑調控研究；非平衡等離子體燃燒反應途徑調控研究；以催化輔助、無焰燃燒、富氧燃燒和化學鏈燃燒等新型燃燒技術為主燃燒反應途徑調控研究；基于尺度效應的燃燒反應途徑調控；基于物理過程控制的燃燒反應途徑調控。
（13）新一代能源電力系統基礎研究
  主要研究方向：新一代能源電力系統的體系架構及系統安全穩定問題作用機理（包括智能電廠和智能電網等方面）；電工新材料應用及新裝備的研制、運行和服役中的相關科學問題；多種能源系統的互聯耦合方式；供需互動用電、能源電力與信息系統的交互機制；系統運行機制與能源電力市場理論；網絡綜合規劃理論與方法。
（14）高效能高品質電機系統基礎科學問題
  主要研究方向：電－磁－力－熱－流體多物理場交叉耦合與演化作用機理；“結構－制造－性能－材料服役行為”的耦合規律和綜合分析方法；多約束條件下電機系統及其驅動控制；電機系統的新型拓撲結構、設計理論與方法、制造工藝、控制策略。
（15）多種災害作用下的結構全壽命整體可靠性設計理論
  主要研究方向：多種災害（地震、風災、火災、爆炸等）作用下的土木工程結構全壽命可靠性設計理論與方法；多種災害作用危險性分析原理，工程結構時、空多尺度破壞規律，高性能結構體系與可恢復功能結構體系，防御多種災害的結構整體可靠度設計理論與方法。
（16）綠色建筑設計理論與方法
  主要研究方向：建筑形體、空間、平面和構造與綠色建筑評價指標體系的耦合作用規律；不同地域綠色居住建筑模式、公共建筑和工業建筑綠色設計的原理、方法、技術體系和評價標準。
（17）面向資源節約的綠色冶金過程工程科學
  主要研究方向：外場強化下的資源轉化機理和節能理論；非常規介質特別是高溫熔體中強化反應傳遞過程的機理和調控機制；物質相互作用的特殊現象和反應機理、熱力學與動力學調控機制；多因素多組元固/液/氣界面結構及界面反應；反應器內及各種物理場下的化學反應、物質、能量傳輸的耦合機制；資源利用過程中的高效、低碳排放轉化的共性科學問題。
（18）重大庫壩和海洋平臺全壽命周期性能演變
  主要研究方向：深部巖土破壞力學；庫壩和海洋平臺材料性能演變；庫壩和海洋平臺多相多場耦合與性能演變及災變風險；庫壩和海洋平臺的實時監控與防災減災。

跨科學部優先發展領域
  跨科學部優先發展領域以促進基礎科學取得重大突破性進展和服務創新驅動發展戰略為出發點，根據我國經濟社會和科學技術發展的迫切需求，凝練具有重大科學意義和戰略帶動作用的學科交叉問題，為制定重大項目和重大研究計劃指南以及重點領域戰略部署提供指導。跨科學部優先發展領域包括：著力推動我國基礎研究在拓展新前沿、創造新知識、形成新理論、發展新方法上取得重大突破的領域；著力解決我國傳統產業升級和新興產業發展中深層次關鍵科學問題的領域；著力提升我國應對全球重大挑戰能力的領域；著力維護國家安全和我國在國際競爭中核心利益的領域。
1．介觀軟凝聚態系統的統計物理和動力學
  介觀軟凝聚態系統是涉及生物、醫學、數學、物理及工程科學廣泛且深入的新交叉領域，它將人們對物質性質的了解從原先的原子和分子尺度延伸到介觀尺度。研究軟凝聚系統多級結構與復雜物理現象聯系和特性，理解和控制決定介觀尺度功能復雜性的原理與技術，為人類理解生命現象與過程，發展精確的診斷與醫療手段提供關鍵基礎與新技術支撐。
  核心科學問題：軟凝聚態系統維度降低與尺度減小導致的新物性與新效應，生物小系統和大腦生命過程等調控網絡，活性物質相關的非平衡統計物理效應；統計物理理論與方法，量子漲落、量子相變和量子熱機等以及顆粒物質、液晶、膠體和水等系統的平衡性質與結構動力學；生命信息分子（DNA、RNA）、蛋白質和細胞的力學特性、信息編碼，及其相互作用的神經網絡動力學；生理系統及相關疾病診治的生物力學與力生物學機理和多生理系統耦合、跨分子－細胞－組織等層次生物力學實驗和建模仿真。
2．工業、醫學成像與圖像處理的基礎理論與新方法、新技術
  成像與圖像處理是工業、公共安全、醫學等領域探查不可及物件、內部結構、缺陷及損傷、病變等的基本手段。為支持典型工業及公共安全檢測和重大疾病診斷與治療的需求，聚焦研究工業、醫學成像與圖像處理的新原理、新方法、新手段和關鍵技術，實現信息獲取、處理、重建、傳輸等，將為促進工業技術發展、探索生命機理、疾病診斷與治療和健康器械創新發揮重要作用。
  核心科學問題：MRI、CT及PET成像的新方法，多模態光學成像，工業及公共安全、醫學圖像判讀的基礎算法；支持精準診斷和治療的成像、圖像處理與重建、建模與優化的新技術新方法，包括圖像分析與處理的大數據技術等；可延展柔性電子器件的性能、器件與人體/組織的自然粘附力學機制、生物兼容性與力學交互；生物介質及非牛頓流體中本構關系與物理、生物信息傳播特征研究，獲取生命活性物質更詳細信息的新概念、新方法、新技術。
3．生物大分子動態修飾與化學干預
  人體是由200多種共幾萬億個細胞組成的復雜系統，越來越多的證據表明基因組不能完全決定細胞的狀態和命運；此外，基因組本身、蛋白質組、甚至RNA和多糖也處于不斷變化和化學修飾的動態過程中，組成生命體的生物大分子（蛋白質、核酸和多糖等）的動態化學修飾對生物個體發育、細胞命運調控和疾病的形成均起著決定性作用。研究生物體內生物大分子化學修飾的動態過程和機制，并對其進行化學干預和調控，對探索新的生命過程和發現新的疾病診療手段，均具有重要的科學意義和應用價值。
  核心科學問題：動態化學修飾（如蛋白質翻譯后修飾和核酸表觀遺傳修飾等）調控生物大分子結構、功能及相互作用的分子機制；生物大分子動態化學修飾的生物學意義；生物大分子動態化學修飾的探針技術與檢測手段；靶向生物大分子動態化學修飾的小分子干預策略；外源（化學合成）生物大分子的修飾和生物功能化。
4．手性物質精準創造
  手性是自然界的基本屬性，存在于從基本粒子到宇宙的各個物質層次。手性起源的探索、手性物質的精準創造和功能的發現已經成為化學、物理、生物、材料和信息等領域的前沿科學問題；手性物質與光的特殊相互作用研究也將為手性物質的功能化提供新視野；揭示手性誘導和傳遞、控制和放大的本質規律，對于發展手性科學與技術的新理論、實現手性物質的精準創造并賦予其新功能具有重大科學意義，將推動解決國家在醫藥、材料等領域對手性物質方面的重大需求。
  核心科學問題：手性物質精準創造的高效性和高選擇性；宏觀手性材料制備的有序化和可控性；手性功能材料性能調控的分子基礎；手性分子的生物學效應。
5.新型功能材料與器件
  新型功能材料是利用物理和化學的新現象、新效應、新規律獲得具有光、電、磁、熱、化學和生化等特定功能的材料，主要涉及信息材料、能源材料、生物醫用材料、催化材料和環境材料等。新型功能材料與器件是材料、物理、化學、生命、醫學、能源和環境等多學科交叉的前沿研究領域，是材料科學領域最活躍的研究地帶，具有豐富的學科內涵有待挖掘，相關研究進展將對發展材料新技術，促進國家產業升級具有基礎性的重要意義。
  核心科學問題：功能材料的新現象和新機制；功能材料及器件多層次結構的表界面調控；新型功能材料的宏量制備與缺陷控制；影響能量轉換/存儲材料效率的物理機制、器件模型和失效原理；信息探測、傳輸、計算與存儲功能材料及器件的可控制備原理、穩定性及新物性、新效應的物理起因；柔性電子技術關鍵材料的設計制造與可靠性；催化材料功能調控機理、制備及新型催化材料設計理論和方法；高性能生物醫用診斷、替換和修復、治療、藥物載體新材料的功能性、相容性和服役壽命；面向不同功能特性的材料計算基礎。