实验室研究方向涵盖了化学科学或分子科学的大部分领域，研究方向主要包括：（1）物质结构与转化研究；（2）材料化学研究；（3）纳米科学与技术研究；（4）高分子科学与工程研究；（5）生命化学研究；（6）能源与环境研究。在建设初期设立九个研究部：（1）物质结构与分子动态学研究部；（2）合成与组装化学研究部；（3）无机与稀土化学研究部；（4）高分子科学与材料研究部；（5）纳米科学与技术研究部；（6）化学生物学研究部；（7）有机固体研究部；（8）分析与环境分子科学研究部；（9）能源与绿色化学研究部。