Основным видом деятельности НЦЧ РАН является проведение фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований по следующим направлениям:

• физическое материаловедение, новые материалы и структуры с заданными свойствами, структура и строение материалов, физика и инженерия дефектов, фазовые переходы, управление свойствами материалов, развитие методов и технологий получения материалов, изделий и гетера-структур;
• физические основы новых элементов и устройств для сенсорики, спинтроники и фотокатализа;
• компьютерное моделирование, методы искусственного интеллекта и информационные технологии для анализа физических моделей и экспериментальных данных;
• материалы, технологии и устройства для медицины и медицинского протезирования;
• научные основы создания новых материалов, технологий и изделий для работы в экстремальных условиях (жаростойкие, жаропрочные и т.д.).