激光等离子体物理：激光等离子体物理是高能量密度物理研究的核心内容之一，它也是激光驱动高能粒子诊断源、激光惯性约束聚变等应用领域的物理支撑。激光等离子体物理研究内容非常丰富，主要分为两类：一方面是大能量纳秒脉冲的非相对论激光等离子体相互作用，主要研究激光可控约束聚变以及极端材料加载中激光能量的传输和沉积过程；另一方面是超短超强的相对论激光等离子体相互作用，它会产生大量全新的强非线性物理现象，例如超强激光驱动高能粒子诊断源、X/伽玛辐射源、正负电子等离子体、量子电动力学效应等，在癌症治疗、生物照相、超快探测、材料测试等方面都有重要的应用。

高能量密度极端物性及新材料：高能量密度极端条件下物质，一方面广泛存在宇宙天体环境中，另一方面有望展现超导、超硬、抗辐照等特殊物态性质，利用高功率激光和Z箍缩等综合实验平台，开展极端物性研究，对于探索前沿物理领域、开发新型先进材料都具有重要意义。本方向主要研究内容包括：纳秒激光动高压加载的物理理论、模拟手段和实验技术研究，类地行星内部结构、地幔结构等的实验室模拟研究，温稠密物质状态研究，氢及其同位素的金属化状态、高温超导等具有优异性能的高压材料及新抗辐照材料的研究等。

惯性约束聚变物理：惯性约束聚变是指热核燃料在其自身内爆压缩的惯性约束条件下达到高温高密度点火条件释放聚变能的热核聚变过程。它是实现可控热核聚变能源的主要途径之一，其长远目标是为人类提供干净、丰富的理想新能源；同时又可以应用于开展国防核武器和高能量密度物理基础科学的研究。本方向主要在国家有关重大科技专项及国家大科学工程支持下开展惯性约束聚变物理基础研究，目前承担国家某重大科技专项、973计划、重点研发计划和国防核科学局科学挑战计划等国家科研项目，致力于培养一批国家大科学工程急需的拥有全面均衡和高水平的理论、数值及实验研究能力的聚变人才。

实验室天体物理：利用高功率激光或者Z装置，人们能够在微米-毫米量级尺度内聚积巨大的能量，可在实验室中创造与天体现象相似的高能量密度极端物理环境，这为人们在实验室中对天体问题进行主动、近距、可控的研究提供了全新的思路和方法，由此出现了这个新兴研究方向—实验室天体物理。实验室天体物理已被确定为美国国家点火装置和法国兆焦耳激光装置前沿基础研究中的重要内容，这是目前国际研究的前沿热点。实验室天体物理问题的研究内容广泛，包括磁重联、无碰撞冲击波、强辐射场条件下的光电离、喷流的产生和准直、不透明度、行星内部状态方程、磁场产生和放大、高能宇宙离子加速等诸多内容