◆ 観測天文学研究室

国立天文台野辺山宇宙電波観測所の45ｍ電波望遠鏡、アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計、ハワイ観測所のすばる光/赤外線望遠鏡などを用いて、 銀河・銀河系の構造、星間ガスの性質と星生成活動、活動銀河核などの観測的な研究を行うとともに、南極サブミリ波望遠鏡計画を進めている。

◆ 素粒子・宇宙論研究室

自然の究極的構造や物質について、標準模型を超える物理と宇宙の構成要素の解明について理論的に研究する。超対称性標準模型、 素粒子論における力の統一理論、超弦理論、場の理論の非摂動的研究から、初期宇宙論やブラックホール、宇宙のダークマター等の研究まで行う。

◆ 原子核理論研究室

強い相互作用によって支配される量子多体系である原子核の構造と反応についての理論的研究を行う。天然に存在しない不安定原子核の性質、 特に集団運動やエキゾチックな変形状態、宇宙での元素生成、ベータ崩壊や二重ベータ崩壊など基本的対称性に関わる核崩壊の研究を行う。

◆ 理論宇宙物理学研究室

宇宙における構造の形成とその進化の理論的な研究。対象は、銀河団、銀河、恒星系、恒星、および星間物質から惑星形成に至る物質進化。 主な研究手段として数値計算によるシミュレーションを用いる。実験、観測との共同研究も活発に行う。また、星間塵の起源と進化及び関連する 天体・天体現象を解明するために、初期宇宙でのダスト形成・進化，超新星・超新星残骸，AGB星星周構造，星間衝撃波，星間物質, 銀河の 化学進化などの研究を行う。

◆ 惑星宇宙グループ

研究は互いに有機的に関連する次の3つの柱からなる。１）地球・惑星・衛星の大気・プラズマの構造と運動について、 探査機・望遠鏡・コンピュータシミュレーションを用いて研究を行う。２）太陽系の起源から地球・惑星・衛星の形成と進化、 内部構造について、理論・探査データ解析の手法を用いて研究する。３）惑星大気の循環構造と惑星表層環境を計算機シミュレーションを用いて再現し、 地球大気との比較考察を基に理解することを目指す。観測施設や関連学術機関をネットワークで結ぶことによって外部研究者との共同研究を積極的に推進している。

◆ 宇宙物質科学（低温科学研究所）

宇宙の極低温領域（星間分子雲）における分子や有機物質の形成メカニズムを原子レベルの実験から解明する。 星間分子雲に浮遊する氷微粒子の物性や表面における化学物理素過程を、超高真空・極低温装置、電子顕微鏡、原子ビーム、赤外分光、 波長可変レーザー等を用いて詳細にしらべる。

◆ 相転移ダイナミクス（低温科学研究所）

地球・惑星圏で最も普遍的な物質である氷の相転移ダイナミクスに関する実験的研究を行う。特に、先端的な光学手法を駆使して、 分子レベルでの氷表面や界面の構造、そこでの分子の取り込みや離脱のダイナミクス、生体高分子との相互作用など、幅広い問題の解明を目指す。

◆ 情報メディア科学（情報基盤センター）

教育・学習の情報化・オープン化をふまえた学習用情報環境に関する研究、科学教育用コンテンツの開発と評価、学習科学に関する研究を行う。

◆ 原子核反応データ科学

宇宙における元素合成研究や原子力エネルギー分野・粒子線医学治療などに必要な原子核反応データについて研究し、 核反応率について評価された世界標準のデータを作成する。そのために、これまでの実験データを収集し、それらの分析を行いコンピューターに収録する。 さらに理論計算、モデル計算、コンピューター・シミュレーションなどを通じて、実験データの評価を行う共に、 データのないものに対して信頼できる予測値・推定値を与える研究を行う。

◆ 飛翔体観測

探査機や人工衛星に搭載する測定機器開発と宇宙惑星観測から、宇宙における構造形成、力学、物質進化と循環の基本法則を解明する。 （連携分野）飛翔体観測 （独立行政法人 宇宙航空研究開発機構）