實驗室科研體系由若干顛覆性技術研究所、格萊特國際研究中心和交叉研究中心組成。實驗室現(xiàn)已組建材料素化研究所、鋼鐵再生技術研究所、燃氫防護技術研究所、材料智能技術研究所、結構化材料技術研究所、材料量子調控技術研究所等六個顛覆性技術研究所，發(fā)展了54個研究方向，并在高性能金屬材料素化設計、再生鋼鐵原料分揀、近極端環(huán)境高溫防護涂層設計、材料高通量表征評價與機器學習、多功能界面材料基礎研究、多孔介質燃燒技術研發(fā)、低溫低磁場下量子霍爾態(tài)和基于量子效應的半導體新原理器件研究等方面取得階段性成果。

實驗室著力構建體系完備、設施先進、開放共享的共性技術支撐體系，設立分析測試中心和制備加工中心，全力為實驗室科研工作提供國際一流的技術支撐與保障。目前，分析測試中心已配備包括三維原子探針、高分辨場發(fā)射透射電鏡、高分辨場發(fā)射掃描電鏡、聚焦離子束電鏡、X射線顯微鏡、綜合物性測量系統(tǒng)、電感耦合等離子串聯(lián)質譜儀等一系列的高精度、高靈敏度表征測試設備，可在原子尺度、微納尺度至宏觀尺度范圍內，圍繞材料成分、組織、結構、理化、力學及使役行為，提供全要素“一站式”分析表征與評價服務。

實驗室著力構建開放的研發(fā)環(huán)境，協(xié)同科技型領軍企業(yè)全程參與顛覆性技術研發(fā)，與多家企業(yè)建立了良好的合作關系，現(xiàn)與鞍鋼共建先進金屬材料產業(yè)技術創(chuàng)新中心，與中國重燃共建氫燃機關鍵材料技術創(chuàng)新中心。