主要以第一性原理、分子动力学、热力学、动力学、相场、温度场、应力应变场计算等多尺度的先进计算软件为手段，结合液态X射线、物性测量、材料测试等先进实验手段，探索微观结构及其演变机理，利用材料设计计算方法，在研究材料的原始结构以及到终态结构的演变过程的基础上，探索新材料先进设计与制备技术的理论依据，主要涵盖金属与合金、半导体、高分子、复合材料等各种体系的多个尺度与层次的建模，包括：基于第一性原理方法的材料最微观的原子与电子结构尺度；基于经典分子动力学模拟等方法的纳米尺度；基于相场模拟材料组织演变与热力学计算等方法的微米尺度；基于有限元、凝固模拟等方法的材料宏观尺度研究；以及在各个尺度上相关材料数据库的研发。