精密谱和物理常数的理论和实验研究；发展精密谱理论方法，开展束缚态量子电动力学及少电子轻原子，简单分子体系高精度谱计算，以及相对论全阶多体微扰理 论及重原子（离子）结构精确计算；利用冷原子或冷离子体系和超窄线宽和稳频激光技术，开展原子体系的光谱的精密测量实验；利用高精度冷原子干涉仪开展等效 原理验证和加速度及转动的精密测量。

　 　原子分子在不同外场（包括强电场、磁场、微波场及超短强激光场等）条件下的动力学的研究。实验方面：结合光电子能谱、符合测量和离子成像等实验技术，研 究超短强飞秒激光场中原子分子体系的复杂动力学；以及静电、磁场中原子高激发态光谱及动力学。理论方面：发展强外场下原子分子非微扰求解新方法；电、磁及 组合场中里德堡原子普高精度量子力学计算；强激光场中原子、分子体系离化与解离。

　 　利用分子束飞行时间质谱技术，配合双色共振电离和质量分辨的零动能光谱技术来研究分子、复合物和团簇在电子激发态及离子态的特性。使用激光光解和共振激 光探测技术，配合分子束飞行时间质谱和离子成像技术来获得分子光解产物在空间的影像，并由此得到光解产物在空间的速度分辨和态分布，从而进一步了解分子解 离动力学机理。

　　新型原子频标机理研究，精密谱极限的研究：开展冷原子光频标、囚禁离子光频标等新型原子频标的研究。以完成高性能原子频标的研发为目标，加强关键技术公关，研制如原子频标，小型化CPT原子频标以及囚禁离子微波频标。

　 　基于原子体系的量子仿真和量子计算，以及自由空间量子通信。研究量子物理与量子信息。以量子计算和量子通信为核心，探索应用量子特性提高运算速度，确保 信息安全，增大信息容量和提高检测精度的新的理论方案，探索量子计算机的实验实现和量子密码通信的实用化问题。单电子以及核自旋的探测与控制。

　 　表面原子分子化学物理主要研究表面上单原子/单分子的化学与物理性质以及分子的集合行为，在亚分子尺度了解各个分子的乃至分子局部的性质，剪裁分子、构 筑物质和控制物质特性。研究手段包括极低温-超高真空扫描探针显微术（简称SPM,包括扫描隧道显微镜STM、原子力显微镜AFM、磁共振力显微镜 MRFM等），以及量子力学的理论模拟。

　　探索和发展高空探测激光雷达新技术，应用于大气环境研究和空间天气预报；原子信道激光通信技术研究及应用；探索基于原子超窄带滤光与激光原子稳频的激光通信信道技术，及通信系统研究，应用于开放空间激光通信。