Az intézet tevékenysége a fizikai anyagtudomány témakörébe tartozik; kutatásokat végeznek nanoméretű funkcionális anyagokon, feltárva azok fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságait, valamint az ismeretek hasznosítására törekednek integrált nano/mikroeszközökben, szenzorokban. Ugyancsak fejlesztenek roncsolásmentes vizsgálati módszereket is.

Stratégiai irányok:

• Új érzékelő eszközök demonstrálása alapkutatási eredmények felhasználásával, félvezető nanoszálak, ferroelektromos oxidok, piezoelektromos rétegek.
• Integrált, viselhető szenzorrendszerek és implantálható mikrorendszerek fejlesztése orvostechnikai célokra. Mikrofluidikai rendszerek kémiai és sejtanalitikai célokra.
• Jelölésmentes optikai módszerek fejlesztése egyedi sejtek vizsgálatára. Sejtek hatóanyag stimulusokra adott válaszainak vizsgálata érzékelők fejlesztésével.
• Új kétdimenziós anyagok előállítása, atomi és elektronszerkezetének feltárása, tulajdonságaik tervezett módosítása saját fejlesztésű nanotechnológiai eljárásokkal.
• Kémiailag szelektív optikai gőzérzékelés bioinspirált nanoarchitektúrákkal.
• Korszerű félvezető eszközök szerkezeti kutatása, transzmissziós elektronmikroszkópia. Grafénnal adalékolt kerámiák és biokerámiák fejlesztése,
• Roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárások fejlesztése ipari alkalmazásokhoz.
• A fizika módszereinek alkalmazása sokszereplős biológiai, társadalmi rendszerekre.

Az intézet fontos feladata a KKV-k és az egyetemi oktatás segítése, a kutatási infrastruktúra felhasználása a felsőoktatás (TDK, BSc, MSc, PhD) képzés támogatására Open Access Laboratory jelleggel.

A gömbi hiba korrigált elektronmikroszkópot (THEMIS) az NKFIH TOP50+ kiváló hazai kutatási infrastruktúra részének minősítette  https://www.mfa.kfki.hu/kutatas/projektek/vekop-themis/