Установки со встречными электрон-электронными и электрон-позитронными пучками, Физика элементарных частиц и атомного ядра, Физика ускорителей, Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез, Генерация и применение пучков синхротронного излучения, Мощные лазеры на свободных электронах, Промышленные ускорители электронов, Теоретическая физика.

ИЯФ является одним из ведущих мировых центров по ряду областей физики высоких энергий и  ускорителей, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза. В Институте ведутся крупномасштабные эксперименты по физике элементарных частиц на электрон-позитронных коллайдерах и уникальном комплексе открытых плазменных ловушек, разрабатываются современные ускорители, интенсивные источники синхротронного излучения и лазеры на свободных электронах. По большинству своих направлений Институт является единственным в России.

Основу исследовательской инфраструктуры Института составляют уникальные научные установки и стенды (УНУ), в настоящее время их более 40. С использованием УНУ выполняется большинство научных проектов Института, проводится большое количество совместных исследований в рамках научно-технического сотрудничества с ведущими российскими и международными научными организациями и университетами. На базе УНУ работают три центра коллективного пользования (ЦКП).

География международного сотрудничества ИЯФ охватывает большинство известных физических центров, занимающихся физикой элементарных частиц и атомного ядра, ускорительной физикой, физикой плазмы и управляемым термоядерным синтезом, синхротронным излучением и лазерами на свободных электронах.