1）非晶态物理；
2）新型非晶、纳米材料的探索及形成规律研究；
3）非晶材料在极端物理条件下的结构及动力学演化、特殊的物理和力学性能研究。

主要从事非晶态物理，新型非晶、纳米材料及其它亚稳材料在高压、低温、微重力等极端条件下的制备、结构、物性研究。在非晶形成机制、新材料开发和形变机制等方面做出了系统性和创新性成果。提出了从弹性角度研究非晶形成、结构和性能的新思路和方法，建立了合成非晶材料、调控非晶性能的弹性模量判据，揭示了非晶材料形变和断裂的动力学和结构特征，开发出一系列高性能的非晶材料，并系统研究了它们的微结构及物理性能。建立了一些有自己特色的制备和研究方法。其中铈基非晶新材料的工作被评为2005年中国基础研究10大进展。合成室温超大塑性非晶合金研究被评为2007年中国基础研究10大进展。近年来， 在Science, Nature， Nature Mater, Phys. Rev. Lett, Advanced Mater, Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett.等国际一流学术期刊上发表SCI论文300多篇。12次应邀为国际刊物馔写长篇综述文章。在本专业国际学术会议上做邀请报告70多次。

作为主要获奖人获得99年国家科技进步二等奖， 99年中科院自然科学奖二等奖， 2000年国家发明二等奖。研究组2001年被中科院空间科学与应用总体部授予“载人飞船工程神舟2号应用任务先进集体”荣誉称号， 2002年研究组为神舟3号应用任务做出重要贡献受到中国载人航天办公室表彰。 2009年获周培源物理奖。2010年国家自然科学二等奖。2017年被国际亚稳材料大会授予杰出科学家奖。2019年国家自然科学二等奖。