理论物理研究所第一研究室主要包括以下三个研究方向：
粒子理论/量子场论与物质微观结构研究：
围绕标准模型中尚未解决的一些粒子物理基本问题：电弱对称性破缺机制、CP破坏和费米子质量起源等；以及粒子物理中的一些重要问题：色禁闭问题、格点规范理论、重味物理、中微子物理、强子结构和性质、超高能碰撞等，特别注意各种超对称理论和模型，大统一模型，两个或多个Higgs模型，味对称规范模型等。紧密与实验结合，以实验为基础，探索超出标准模型的新理论和新模型及新的物理概念。运用和发展量子场论、群论、数学物理和计算物理等理论物理方法，开展与粒子物理前沿相联系的量子场论研究。此外，注重与其他学科的交叉，如：粒子天体物理，粒子宇宙学以及粒子核物理。总的目标是深化人类对物质世界结构和基本规律的认识，发展相关理论物理方法，推动各相关学科发展等。
研究人员：
陈裕启戴元本何祚庥李田军刘纯马建平吴岳良杨金民张肇西周善贵周宇峰
超弦理论/统一理论与早期宇宙演化研究：
研究内容包括有：1) 量子场论的一般理论和方法, 如非微扰方法，特殊的场论如共形场论和拓扑场论的研究，场论的大范围几何性质，场论中的对偶关系等等；2) 作为所有力(包括量子引力)的自恰的统一理论的超弦理论的一般研究，研究超弦理论在QCD计算和RHIC物理等唯像领域中的可能应用； 3) 量子场论和弦理论的相关数学结构和问题的研究，如非对易几何和镜像对称等；4) 与凝聚态物理和其它物理已经方向有关的量子场论方法的应用研究等等。
研究人员：高怡鸿 李淼 喻明 朱传界
引力理论与天体宇宙学研究：
引力是自然界中四种基本相互作用之一。作为描述引力的广义相对论理论在宇宙学及天体物理中的应用已取得了巨大成功，并在小到毫米，大到太阳系尺度上得到了严格的检验。但广义相对论在更小的尺度和更大的尺度上是否成立是一个基本问题。广义相对论和量子力学的矛盾依然存在；建立一个量子引力理论仍是理论物理的重大挑战之一。另一方面，随着现代科学技术的发展，宇宙学已进入了精确时代，黄金时期。现在所有的观测都指向一个和谐模型：暴胀模型⊕热大爆炸模型⊕暗物质⊕暗能量。引力的全息性质，黑洞物理，量子引力理论，相对论天体物理，引力波理论，引力理论的精确检验，暴胀模型，暗物质，暗能量，宇宙的大尺度结构等是目前我们的主要研究课题。
研究人员：蔡荣根郭宗宽何平