W Instytucie Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego prowadzone są badania dotyczące fizyki wysokich energii i teorii cząstek elementarnych (w tym opisu struktury hadronów), astrofizyki (w tym symulowanie zjawisk w przestrzeni międzygwiazdowej), astronomii neutrin, fizyki jądrowej (własności jąder atomowych i mezonów, egzotyczne wzbudzenia jądrowe, gorąca materia jądrowa); fizyki atomowej, molekularnej i optyki kwantowej (w szczególności lasery, optyka nieliniowa, spektroskopia atomowa i molekularna), fizyki stanów skondensowanych oraz nauki o materiałach (ze szczególnym uwzględnieniem związków międzymetalicznych, półprzewodników, magnetyków, dielektryków, ciekłych kryształów i polimerów), fizyki przejść fazowych, fizyki powierzchni w tym fizyki nanostruktur i nanotechnologii, nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego, fizyki medycznej i ochrony środowiska oraz biofizyki, syntezy molekuł organicznych, procesów biomineralizacji w organizmach, fizyki komputerowej.