Одной из характерных особенностей института, сложившейся с момента его образования, является комплексность исследований разнообразных явлений и физических процессов в системе «Солнце-Земля». Участие в многочисленных комплексных программах и проектах с привлечением широкой кооперации институтов является необходимым для всесторонних исследований в области основных тематических направлений ИЗМИРАН – при изучении таких глобальных систем как Солнце, Солнце-Земля, магнитосфера Земли, ионосфера и т.д. Разнообразные наблюдения и измерения, методики их проведения, работа с большими массивами разнородных данных – все это специфика проводимых в ИЗМИРАН исследований.
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза, физики плазмы, лазерной физики и техники, создания и применения импульсных источников энергопитания на основе МГД-генераторов. Исследования по лазерной физике. Разработка перспективных типов лазеров и совершенствование характеристик лазерных систем.
Разработка и создание уникальных приборов, спектральной аппаратуры, аналитических приборов, лазеров, систем регистрации, методик и метрики измерений для обеспечения главных направлений фундаментальных исследований и практических применений. Спектроскопия атомов, ионов, молекул, кластеров, объема и поверхности конденсированных сред и разработка новых методов спектроскопии, оптика ближнего поля, нанооптика. Лазерная спектроскопия с активным воздействием света на вещество и ее применение для разделения изотопов, охлаждения атомов, модификации окружения молекул в матрицах, в фотохимии, фотобиологии, аналитической химии и др. областях.
Физика элементарных частиц, физика высоких энергий, теория калибровочных полей и фундаментальных взаимодействий, космология. Нейтринная астрофизика, нейтринная, гамма и гравитационно-волновая астрономия, физика космических лучей, физика и техника нейтринных телескопов в низкофоновых подземных и подводных лабораториях; Физика атомного ядра, релятивистская ядерная физика; Физика конденсированных сред, материаловедение, в том числе радиационное материаловедение, нейтронная физика, физика и техника источников нейтронов; Физика и техника ускорителей; физика пучков заряженных частиц; Междисциплинарные исследования, прикладная ядерная физика, радиоизотопные исследования, ядерная медицина, проблемы экологической безопасности, информационные технологии в экспериментальной и теоретической физике.
Поисковые исследования; опытно-технологические и опытно-конструкторские работы; аттестация и сертификация материалов и изделий, закрепление и передача авторских прав на объекты интеллектуальной собственности; работы, связанные с продвижением продуктов на рынок. Институт обладает технологией получения монокристаллов алмаза весом до 7 карат, не имеющих природных аналогов (особочистых, легированных и полупроводниковых). В настоящее время технология внедряется в производство.
