Научные исследования в институте проводятся по следующим направлениям:

• Спектроскопия и люминесценция конденсированных и газовых сред, включая плазму. Разработка новых принципов создания спектральной аппаратурыи диагностических методов.
• Исследование распространения ультразвуковых и электромагнитных волн в слоистых неоднородных средах.
• Исследование воздействия ядерных и мощных электромагнитных излучений на структуру и свойства полупроводников, металлов и других материалов электроники и машиностроения. Исследования по взаимодействию ионов с твердыми телами. Исследования и разработка новых элементов рентгеновской оптики.
• Разработка информационных технологий, информационно-аналитических, геоинформационных и интеллектуальных управляющих систем.
• Разработка методов и технологий дистанционного зондирования Земли. Исследование оптико-физических характеристик атмосферы, природных и антропогенных сред и объектов, разработка и создание спектральных и видеоспектральных систем, а также средств и методов их калибровок и метрологической аттестации.

В институте созданы и работают четыре крупные научные школы: