Головним завданням Інституту є здійснення фундаментальних та прикладних досліджень, направлених на одержання нових наукових знань у галузі фізики, сприяння науково-технічному, соціально-економічному і духовному розвиткові суспільства.

У 2004 році Президією НАН України затверджені такі основні наукові напрямки досліджень інституту:

• фізика конденсованого стану, включаючи фізику м’якої речовини;
• нанофізика та наноелектроніка;
• фізика лазерів, нелінійна та сингулярна оптика, голографія;
• фізика поверхні, емісійна та плазмова електроніка.

У рамках затверджених напрямів пріоритетними є:

• фізика наноструктур, включаючи гетероструктури у напівпровідниках, нанострукту­рова­ні рідкі кристали, наночастинки твердого тіла;
• теоретичні і експериментальні дослідження квазічастинок (електрони, екситони, фонони, магнони, плазмони) і процесів їх взаємодії між собою та з дефектами в конденсованих середовищах;
• фізика рідкокристалічних та полімерних середовищ;
• фундаментальні дослідження взаємодії лазерного випромінювання з речовиною та розвиток наукових основ лазерних технологій;
• дослідження адсорбційних і електронних явищ та фазових переходів на поверхні твердих тіл;
• дослідження іонних пучків та методів керування ними;
• фізика біологічних систем.