НИЦ "Курчатовский институт" проводит фундаментальные и прикладные научные исследования, в том числе на базе уникальных мегаустановок (мегакомплексов), занимается созданием опытно-промышленных образцов. Основные направления научных исследований Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" определены Программой деятельности Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" на 2023–2027 годы, утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 6 февраля 2023 года № 263-р.
Осуществляет техническое перевооружение и дооснащение уникальных установок, разработку и создание принципиально новых установок, лабораторий (комплексов) для проведения фундаментальных и прикладных исследований, включая обеспечение ядерной и радиационной безопасности объектов использования атомной энергии.
Решает задачи развития кадрового потенциала организаций-участников, в том числе научного и инженерно-технического.
Активно участвует в соответствии с установленными полномочиями в научной координации, исследованиях, разработках и обеспечении в интересах модернизации экономики Российской Федерации эффективного международного сотрудничества в области фундаментальных исследований по следующим уникальным международным проектам: "Международный термоядерный экспериментальный реактор" (ITER), "Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах" (XFEL), "Большой адронный коллайдер Европейского центра ядерных исследований" (CERN), "Центр по исследованию ионов и антипротонов в Европе" (FAIR), "Европейский центр синхротронного излучения" (ESRF), российско-германский институт Йоффе-Рентгена и другим, а также реализации на территории Российской Федерации международных мегапроектов.
