研究所的科研方向包括一大批理论与计算化学领域的高质量课题。从最基础的理论方法的研究到各种算法的应用，再到介观材料与生物化学领域的计算与应用都有涉及。最主要的几个研究方向有：

• 现代电子结构理论的基础理论研究与计算方法的发展，以解决大尺度化学体系量化计算的可行性与精确性
• 提高量子反应动力学与经典动力学的研究的精确性，并解决从气相到凝聚相，从光化学反应到固体表面的分子反应的动力学以及分子谱学的问题。另外，还运用相关的从头算量子动力学方法来解决化学的"定量模拟实验"的问题
• 蛋白质结构、蛋白质相互作用动力学、药物分子设计等生物分子体系的理论模型与计算方法
• 介观材料的化学性质的理论计算方法
• 发展应用与解决化学问题，进行科研和教学研究的理论计算软件

研究所的一个重要项目是积极进行学术交流活动，邀请国内国外的学者进行交流。研究所欢迎每一个优秀的科研学者(尤其是海外学者) 申请来研究所访问讲学。而且，有可能的话，与研究所进行合作科研项目。研究所为访问人员提供了丰厚的经济资助，包括每人每月人民币四千到一万五千元的经济资助，以及根据具体情况提供全部或部分的旅费资助。