基於數學及自然科學的特質，本院各學門領域的研究計畫，主要係以科技部自然科學及永續研究發展司的研究經費補助為大宗。近年來已逐步增加及擴大與產業界的合作，進行相關的建教合作計畫，特別是經濟部、環保署、衛生署以及中央地質調查所、工業研究院、中油公司、中鋼公司、群創光電等合作案件也明顯大幅度成長之中。南部科學園區成立以來，本院與產業界的合作又向前邁向一大步，特別是生技、製藥、光電方面的合作研究，顯著成長。

值得讓本校、院全體師生及同仁為之振奮的是，近年來，院內研究能量發光發熱，多次被世界著名期刊報導，並選為期刊封面特別報導。近期內如  (1) 2015年本院物理系陳則銘副教授所領導的團隊成功開發出次世代電晶體，名為「自旋電晶體（spin field-effect transistor）」，藉由電子自旋的特性，顛覆傳統電晶體運作方式，解決當前電晶體發展所遭遇的瓶頸。這項研究成果勢必成為下一輪資訊革命新突破，為未來生活科技帶來嶄新的願景。該篇研究論文發表於2015年1月頂級期刊-Nature Nanotechnology（自然奈米科技）。不僅獲得該期刊撰寫專文特別報導介紹，並在期刊封面被特別選出為當月份之亮點研究。 (2) 2018年3月，自然期刊(Nature)在研究焦點中，特別報導了地科系林建宏教授帶領的團隊參與的SpaceX火箭發射衛星所引發的大氣擾動研究。

 

1. 應用數學與計算物理

(1) 與各領域合作大數據的分析與建模。

(2) 拓樸材料的理論探討。

(3) 發展廣義化緊束模型，處理凝態系統的多元量子化現象。

2. 量子科學

(1) 發展量子資訊與量子電腦相關研究：包括量子元件的量子相干性控制。奈米量子元件的非馬可夫量子傳輸及退相干動力理論的建立。以及量子生物學，量子非局域與量子糾纏的探討。

(2) 發展量子電漿子學中在常溫下的量子強耦合元件。

3. 奈米科技

(1) 開發新的奈米元件以及奈米材料與光學技術

(2) 自旋電子學與自旋電晶體的研究與技術發展

(3) 鐵磁材料以及拓樸絕緣體的薄膜成長技術的開發。

4. 生醫光電

(1) 蛋白質化學與藥物開發。

(2) 發展以多重光學影像定位癌細胞，投以光動力殺癌的技術開發。

(3) 與醫學院和業界合作針對生醫與環境議題研究。

5. 通訊光電

(1) 發展下一世代寬頻無線通訊系統 （如 5G），以便打造智慧城市，物聯網等所需的基礎通訊建設。

6. 綠能光電

(1) 進一步追求具有高效能、高穩定性且大面積之鈣鈦礦光電子元件之技術，了解其運作之基礎機制，以開發新形態材料與元件結構，並將此技術與太陽能產業或LED發光元件產業合作，往量產之目標邁進。

(2) 利用增強表面拉曼散射基板技術，開發可環境汙染物的高感度低偵測極限產品。

7. 能源與環境

(1) 發展綠能化學以達環境減碳與催化節能的目標。

(2) 加強投入電漿量測技術研發及磁化電漿科學實驗研究，以利核融合研究的發展。

(3) 核種於緩衝材料及母岩之吸附與擴散行為研究。

(4) 應用穩定同位素建立臺灣本土傳產品產元特性鑑識指標。

8. 太空天氣與太空科技

(1) 結合福衛三號與七號資料，建立領先全球的太空天氣預報模型。

(2) 建立太空儀器組裝、測試與校正系統，並具備尖端儀器製造、執行科學衛星與探空火箭實驗任務能力。

(3) 加強國內外或跨校、跨領域合作，共同參與國內外衛星科學酬載儀器的製作與科學任務。

(4) 投入X射線雷射之開發，將此光源應用於先進半導體製程中的微影技術。

9. 重力與宇宙論

(1) 發展量子重力理論。

(2) 積極投入重力波的相關研究。

(3) 積極參與宇宙反物質與暗物質的測定計畫（AMS project）。