— Физика элементарных частиц: исследование рождения и взаимодействия частиц — наиболее прямой путь познания структуры материи (эксперименты по этому направлению ведутся также на ускорителях ЦЕРН, Института физики высоких энергий в Протвино, американского FNAL и немецкого DESY)
— Ядерная физика: исследуются новые элементы, в том числе трансурановые и сверхтяжелые, ядерная реакция
— Физика конденсированных сред: изучаются новые свойства материалов и физические явления в твердых телах и жидкостях
— Изучение механизмов летального и мутагенного действия на живые клетки ионизирующих излучений с различными физическими характеристиками (в рамках этого направления ведутся исследования, связанные с лечением злокачественных опухолей у человека)