材料物理与化学：基于“材料基因组”方法并融合多尺度模拟计算等方法设计和开发新型材料。主要研究领域：合金相及其合金相界面电子结构计算的模型及方法、第一原理热力学计算、新型功能材料、纳米材料等。

材料学：围绕铝合金、钛合金、非晶合金、高熵合金、陶瓷材料、燃料电池、光伏材料、材料表面工程、金属基和陶瓷基复合材料等进行研究。重点对新型亚稳材料、燃料电池电极材料、光伏及其电极材料、生物医用合金及生物陶瓷材料进行研究。

材料加工工程：以汽车零部件轻量化研究为导向，利用电脉冲外场处理、先进凝固理论、液态模锻、粉末锻造、激光再制造等技术研究汽车新材料。该方向在外场作用下液态金属结构、凝固理论及应用、金属材料液态成形工艺及组织控制、超细粉体制备新技术研究等领域取得了丰富的研究成果。