Научные исследования и разработки в МЦАИ РАН ведутся в области естественных и технических наук по следующим научным направлениям:
- высокочувствительные и избирательные физико-химические, химические и биологические методы обнаружения следовых количеств веществ в различных объектах;
- синтез органических и неорганических соединений с заданными физико-химическими свойствами;
- интеллектуальные композиционные материалы, управление их эксплуатационными характеристиками;
- изучение свойств материалов, модифицированных наноразмерными структурами;
- процессы и системы распространения направленной энергии и регистрации информации, основанные на различных физических принципах;
- новые электрохимические и физические системы для создания автономных источников тока с высокими удельными и эксплуатационными характеристиками;
- оценка влияния природных и техногенных факторов на экологическую безопасность населения и эффективность функционирования сложных технических и биологических систем;
- высокоэнергетические материалы и перспективные технологии;
- оценка взаимодействия излучения источников направленной энергии с материалами и веществами.