聚焦激光聚变物理、综合诊断技术、理论与数值模拟研究。研究所自2018年以来，聚焦张杰院士提出的双锥对撞点火（DCI）新型激光聚变研究方案，组织实施了大型综合实验与理论研究；开发了多种电磁场与高能粒子的时空能量分辨诊断方法与设备；发展了针对DCI全过程跨尺度大型数值模拟程序，验证了DCI方案高效率与稳定性，更适合作为聚变能源主方案。目前，团队正冲击激光聚变点火里程碑，致力于为人类终极能源提供中国方案。

激光聚变中的激光等离子体不稳定性、实验室天体物理；以及相对论强激光与等离子体相互作用中的粒子加速和辐射，极端相对论等离子体中的QED效应，基于强激光的暗物质研究开展理论、数值模拟和实验研究。团队研究成果荣获上海市自然科学一等奖，在Nature子刊、PRL、PRX等高水平期刊发表论文五十余篇，绝大多数毕业生在国内外一流科研机构工作。

创新发展面向更高功率（百拍瓦）和更长波长（中红外）的强激光领域前沿技术，攻关可控核聚变国家战略中的强激光高重频挑战。多项关键技术发明和创新仪器应用于国家重大专项工程建设，为我国强激光领域进入国际最高水平做出了不可或缺的贡献。曾牵头获科技部重点领域创新团队、教育部技术发明一等奖、上海市激光学会五十周年激光科技奖等。培养的博士研究生全部进入科研院所、高校和头部高科技公司就业。

强场下的原子分子电离机制、阿秒科学；依托自主建设的世界最高性能超快科学装置，开展量子材料和气态分子的超快动力学研究，预期将在物质科学研究从“结构的观察”迈向“功能的控制”中起到重要的推动作用。在Nature及子刊、PRL、RPX等学术期刊发表多篇高水平论文，研究经费充足。研究生均有机会利用最尖端的设备和国际上第一流的课题组同场竞技。毕业生在读博期间均取得了重要成果，发表了重要论文。