中国工程物理研究院的物理学科主要包括冲击波物理、爆轰物理、核物理、等离子体物理、核军控核查技术等研究方向。在这些方向，开展理论、数值模拟、实验和测试技术研究。
【冲击波物理】主要研究物质高压(GPa~TPa压力)加载技术及物态方程;原子、微观、介观和宏观的多尺度数值模拟研究凝聚态和稠密气体的理论物态方程;物质结构相变和固-液-气相变及其动力学过程;高温高压下凝聚介质的力、热、电、声与光学性质;凝聚介质复杂动态行为特性(包括材料的损伤、断裂、破碎等)。
【爆轰物理】主要研究高能炸药爆轰过程;汇聚爆轰、复杂爆轰传播特性、钝感炸药爆轰特性、炸药热力耦合环境下的炸药安全性、炸药起爆特性等;基于微观和细观数值模拟的爆轰点火特性、产物状态方程、燃烧转爆轰模型和多相介质中的爆轰等。
【核物理】主要研究稳态和瞬态中子、γ及其混合辐射场的特性参数测量技术;核裂变临界装置的反应性、点火概率等;中子、光子、带电粒子输运问题;原子核反应的微观截面参数实验测量、理论计算和评价;核反应参数的宏观检验;中子源技术(包括：核裂变反应堆、聚变-裂变混合堆、加速器技术);中子源应用技术(包括：中子散射、中子衍射、中子深度分析、中子照相、中子活化分析、同位素生产等);中子、γ射线辐照效应。
【等离子体物理】主要研究高功率激光与等离子体相互作用及其不稳定性;强激光与等离子体相互作用产生的磁场、高能电子和离子等及其应用;超强激光与等离子体相互作用;激光直接或间接驱动内爆动力学;激光惯性约束聚变点火(中心点火、快点火);原子分子参数及X射线辐射不透明度参数;X射线辐射输运问题;激光/X射线辐射烧蚀加载技术及物态方程;Z-箍缩(Z-Pinch)驱动等离子体内爆物理及惯性约束聚变;强X射线辐射场的产生及其应用;等离子体状态测试技术。
【核军控核查】主要研究国际军控条约与态势评估;各国核力量与军控政策、对策;CTBT核查技术;核弹头/核部件的核裁军认证技术及其在贮存、拆卸、运输环节的监护技术;核设施运行状况监测技术;核材料衡算及实物保护技术;核取证溯源技术。