物質の構成要素である素粒子や素粒子によって構成されるハドロンと、それらに働く 相互作用について研究を行っています。素粒子やハドロンの従う法則と考えられている標準理論を用いて どこまで自然現象が説明できるのかを、計算機シミュレーションによって確かめ、さらに、この理論の枠内では説明が つかない素粒子の質量や 、対称性の破れの起源のなぞを探究することによって、標準理論を超える新しい理論体系の研究にも取り組んでいます。

宇宙物理に関する理論的・観測的研究を行っています。主な研究分野は以下の通りです。 重力レンズ、観測的宇宙論、暗黒物質、バリオン物理、銀河団、ブラックホール、中性子星、パルサー磁気圏、粒子加速、重力波、重力波観測による宇宙論、極限環境での重力理論および未知の基本粒子の探索です。

高エネルギー原子核衝突などを用いて，この宇宙の進化の歴史をビッグバンに向けて遡り，極初期宇宙を充した物質状態を実験室中で再現して，高温高密度のクォーク物質の性質を明らかにし， またそこに発現する多様な素粒子物理現象を探求して，宇宙創成のシナリオ解明に挑みます。

レーザーや加速器を使って，自然の根本原理を探ります。高エネルギー加速器による宇宙創成の謎の探求，レーザーや光学を使った量子物理学の研究を行っています。また素粒子や加速器実験で開発された技術の応用についても積極的に追求しています。

（高エネルギー宇宙）Ｘ線・ガンマ線天文衛星によって，ブラックホール，ジェット天体，銀河・銀河団，ガンマ線バーストなどの高エネルギー天体の物理現象の観測研究をしています。衛星搭載用のＸ線・ガンマ線検出器の開発も行うとともに，かなた望遠鏡との連携観測も行っています。

（可視赤外線天文学）東広島天文台の１.５ｍ望遠鏡(かなた望遠鏡)を主とした可視光・赤外線観測や多波長連携観測により天体物理現象の解明を行っています。観測装置の実験・開発や将来の人工衛星・大型望遠鏡の実現に向けた研究も行っています。

物質の性質は電子のふるまいによって支配されています。放射光の回折現象を使って物質中の電子密度分布を精密に可視化することにより，物質固有の性質(誘電性，電気伝導性，磁性など)が現れる仕組みを研究しています。

電子が織りなす固体の性質(磁性と誘電性)を研究するために，放射光エックス線による回折，吸収，磁気円二色性，光電子分光などの実験手法を利用しています。特に，温度・磁場・圧力・電場などを複合的に組み合わせた分光実験に取り組んでいます。

放射光やレーザーを用いた光電子分光や非線形レーザー分光などの実験技術を用いて、量子薄膜、トポロジカル磁性体や強相関物質が示す量子機能物性現象の解明に挑戦しています。

分子光科学は、光と物質との相互作用を取り扱う物理学を基軸とした、化学や生物学との融合領域科学です。放射光やレーザー等の先端量子ビームを用いて、ナノマテリアルやバイオ関連分子の機能や物性、反応機構の原子レベルでの解明とその応用を目指しています。

真空中をほぼ光の速さで走る高エネルギー電子が電磁場と相互作用することで生じる様々な電磁放射現象の研究とそれらの応用技術の開拓、量子ビーム源としての先進粒子加速器の開発研究、加速器の中でのビーム物理学研究に取り組んでいます。

物質のもつ多様な性質のミクロな起源を明らかにするため、物質の構造や電子の状態を放射光の優れた性質を活用して調べています。また放射光の性能を最大に発揮できる先進的な計測装置の開発にも取り組んでいます。