光學天文研究部依托國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST）等國內外先進光學觀測設備，在恒星和行星系統、銀河系和近場宇宙、觀測宇宙學、時域天文等前沿領域取得重要突破。以解決天體物理中的重大問題所需的光學關鍵技術為目標，開展原創性新技術研究，推動我國光學天文前沿科學研究和先進技術的交匯融合發展，成為在國際上有影響力的光學天文研究力量。

　　射電天文研究部依托國家重大科技基礎設施“中國天眼”（FAST）等先進射電天文觀測設備，開展脈沖星、中性氫、星際介質及恒星形成、宇宙磁場、引力波探測、暫現源等前沿科學研究；探索射電天文觀測方法及相關前沿技術，如天線技術、高性能接收機和后端信號處理技術，打造射電天文超大數據處理和計算平臺；推進SKA工程和國際合作，力爭成為國際著名射電天文研究高地。

　　星系宇宙學研究部針對宇宙的起源與演化、暗物質與暗能量屬性、星系形成與大尺度結構、黑洞與引力波等當代天文學和宇宙學中的重大前沿科學問題，綜合運用多種觀測數據和計算天體物理方法，開展原創性、前瞻性和基礎性研究。星系宇宙學研究部研制了21CMA、天籟陣列、水切倫科夫宇宙線探測器、鴻蒙超長波天文陣列樣機等多種重要觀測和實驗設備，并利用南極和西藏的優越條件開展多項天文實驗和觀測研究。研究部深度參與了平方千米陣SKA、暗能量巡天DESI、三十米望遠鏡TMT等國際大科學項目合作，開展相關科學預研究，建設SKA先導試驗系統。

　　太陽物理研究部通過自主研發具有國際先進水平的設備，同時結合國內外其他多種探測手段，對發生于太陽大氣的各種活動過程進行高水平的觀測和系統性研究，探索太陽活動的起源、發生和發展規律，揭示其中的新物理過程，并為研究其他天體激變現象提供引導；了解太陽活動對日地空間和人類生存環境的作用和影響，建立太陽活動預報模型，并為國家重大空間計劃和國家安全做出貢獻，成為一個具有很強知識創新能力、在國際上擁有重要影響、并在太陽物理和日地空間環境研究方面具有關鍵性作用的科研團隊。

　　空間科學研究部面向國家重大空間天文需求和天文科學前沿，開展空間天文前沿科學和關鍵技術應用研究。主要研究方向包括宇宙大尺度結構與巡天、黑洞天體物理、多波段時域天文、空間光學載荷技術、軟X射線聚焦成像技術、光干涉和穩像技術、焦面探測器技術和科學地面系統技術。承擔愛因斯坦探針（EP）、中法天文衛星（SVOM）、中國空間站望遠鏡（CSST）巡天相機模塊等空間天文衛星項目，形成了一支具有一定國際影響力的高水平研究隊。

　　月球與深空探測研究部以月球和行星探測為研究目標，承擔月球和深空探測地面應用系統研制建設與運行等國家任務。開展月球與行星探測的理論、技術、數據處理與應用相關研究，在月球與行星探測科學目標和有效載荷需求論證，月球與行星的遙感和無線電探測的理論與方法、行星物理、行星地質、月球樣品和地外樣品研究、天體化學與比較行星學等研究領域取得重要突破，已成為集基礎和應用研究、航天工程型號任務研制、業務運行和技術支撐為一體的綜合性研究中心。

　　應用天文研究部面向國家重大空天安全方面的重大需求，開展我國空間碎片監測、預警、應對突發事件等方面的技術研究，為保障我國航天器在軌運行安全、支撐我國航天的國際交流與合作等提供服務。推動基于通信衛星導航、導航通信一體化和強抗干擾導航的創新發展，在國家綜合PNT（Positioning, Navigation and Timing）體系框架下，研發導航通信一體化、強抗干擾導航、隱蔽導航和自主導航的應用系統，并開展天基通導遙智綜合信息系統、宇宙時空導航系統的理論探索和應用研究。