标题：基础科学研究
基本情况
基础科学研究[1]，是指认识自然现象、揭示自然规律，获取新知识、新原理、新方法的研究活动，主要包括：科学家自主创新的自由探索和国家战略任务的定向性基础研究；对基础科学数据、资料和相关信息系统地进行采集、鉴定、分析、综合等科学研究基础性工作。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》（以下简称《规划纲要》）对今后十五年科技工作做出了总体部署，确定了“自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来”的指导方针，提出了建设创新型国家的总体目标。加强基础研究是提高我国原始性创新能力、积累智力资本的重要途径，是跻身世界科技强国的必要条件，是建设创新型国家的根本动力和源泉。“十一五”是我国科技、经济和社会发展的战略机遇期，也是落实《规划纲要》的关键时期，制定实施国家“十一五”基础研究发展规划对我国科技、经济和社会发展及创新型国家建设将发挥重要的作用。（国科发计字〔2006〕436号：关于印发《国家“十一五”基础研究发展规划》的通知）
挑战机遇
21世纪以来，知识经济迅猛发展，综合  国力的竞争将更加依靠持续的科学创新。拥有充足的基础研究成果和大批高水平的创新人才，是一个国家跻身世界强国之列的根本保障。基础研究是具有重大战略意义的国家资源，重视和加强基础研究已经成为当今世界各国科学技术发展的战略重点。
1．基础研究是推动人类文明进步的内在动力
人类在探寻规律和追求真理的过程中凝结而成的科学与人文精神，以及基础研究所汇集的智慧结晶，促进了人类思想的一次又一次的解放。20 世纪，相对论、量子力学、DNA模型的建立，形成了人类崭新的时空观、运动观和物质观，对于推动人类文明进步具有十分深远的意义。
在物质科学领域，对“暗物质”和“暗能量”的最终认识和理解将对整个自然科学和哲学的发展产生难以估量的影响；在生命科学领域，人类基因组计划的完成和非编码RNA功能的发现，标志着人类进入从整体和定量化的角度揭示生命奥秘的新阶段；在信息科学领域，信息处理量爆炸性增长的需求，推动着微电子技术快速向纳米、分子以至更微观的层次推进，正在孕育着一次深刻的技术革命；在地球科学领域，观测、模拟、试验等新研究手段迅速发展，深化了对我们赖以生存的地球的认识，并对解决人类社会可持续发展中面临的资源、环境、灾害等问题产生重大影响；作为对现实世界数与形进行简洁、高效、优美、抽象描述的数学正在向几乎所有的知识领域推进，将为其它学科的发展起到不可取代的作用。基础研究使人类对客观世界的认识不断地超越和深化，成为人类文明进步新的内在动力。
科学发展呈现出多元化和多样性的特征，整体论和还原论相互融合，宇观、宏观、介观和微观研究共同发展，科学王国中各种深层次矛盾不断显现，预示着新一轮科学革命的来临，带来了新的机遇和挑战。加强知识积累和人才储备, 从源头上抢占未来社会发展的先机，是迎接未来科学革命的重要准备。努力实现基础研究的繁荣和发展，加快创新人才的积累，大幅提升自主创新能力，从根本上缩小与世界发达国家在科学和技术方面的差距，是面向未来、实现中华民族伟大复兴、最终跻身世界强国之列的重大战略抉择。
2．基础研究是实现国家发展战略目标的重要途径
基础研究的重大突破不仅有助于丰富人类知识发现的宝库，而且有助于推进经济社会发展、提高国家创新能力和国家核心竞争力，基础研究服务于国家发展战略目标的社会经济功能日益突出。
基础研究成果具有超前性，基础研究的重大突破对提高人们认识世界和改造世界的能力，对高新技术产业的形成、经济发展与社会进步，乃至人们的生活方式，都将产生深刻的影响和引领作用。基础研究是高新技术的源泉，为技术进步不断开辟新的方向，促进新兴产业的形成。与此同时，技术进步为基础研究提出大量新需求，也为基础研究提供新的研究手段和新的方法技术，推动基础研究的加速发展。
“十一五”期间，我国经济社会将以持续、协调、和谐发展为目标，大力建设创新型国家，逐步实现经济增长方式的根本性转变。基础研究必须坚持科学发展观，从国家现实的紧迫需求和今后可持续发展的战略需求出发，或全面提升国家创新能力，解决一批国家经济与社会发展中的关键科学问题，解决一批国民经济与社会发展中的关键科学问题，为建立资源节约型、环境友好型的发展新模式做出基础性、战略性的贡献，充分发挥“引领未来”的历史使命。
3．我国基础研究的现状及存在的主要问题
改革开放以来，国家采取一系列有力措施支持基础研究，加强宏观管理与协调，改善研究环境，组织实施各类基础研究计划，形成了一支稳定的研究队伍，取得了一批重要的成果。我国基础研究整体水平显著提高，初步实现从跟踪向原始性创新、从量的扩张向质的提高的转变。
基础研究投入增幅较大。“十五”期间，国家通过组织实施国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金、知识创新工程试点、21世纪教育振兴行动计划、国家重点实验室、国家重大科学工程、科技基础条件平台建设及科技基础性工作和社会公益性研究等专项计划，增加了对基础研究的投入。2001-2005年，全国基础研究经费总投入465.5亿元，年均增长19.4%，2005年达到131.2亿元，较2000年的46.7亿元增长了180.9%*。
我国科技论文的数量和质量均有较大提高，中国科学家的学术影响力大幅提升。我国科学家在国际高水平期刊上发表的论文数量激增，其中材料科学、数学、化学和物理学等学科领域的产出占有较高比重，生命科学正在以超乎常规的速度发展**。SCI收录的我国科学论文从1997年起以年均19%的速度递增，2004年达到5.74万篇，居世界第5位（2000年位居第8位）。  “十五”期间，我国共授予国家自然科学奖127项，其中“有机分子簇集和自由基化学的研究”和“澄江动物群与寒武纪大爆发研究”两项成果获国家自然科学奖一等奖。
我国基础研究呈现良好的发展态势。形成较为完整的学科布局，一批新兴交叉学科得到快速发展，若干领域已进入世界先进行列；建成了一批高水平的国家重点实验室、国家重大科学工程等基础研究实验基地；在若干领域涌现出一批世界水平的创新团队和国际知名的科学家。
基础研究解决国民经济与社会发展中关键科学问题的能力持续增强。“十五”期间，通过基础理论的源头创新推动技术创新，在纳米、量子信息等方面形成了一批具有自主知识产权的成果，为未来高技术产业化发展奠定了基础；通过对农业、能源、信息、资源环境、人口与健康和材料等领域关键科学问题的研究，获得了一批重要成果，在经济社会发展中的重要作用正日益显露。
我国基础研究尽管已取得长足发展，但整体水平与世界先进水平相比还存在较大差距，特别是原始性创新成果和高质量论文少，论文平均被引用率仍低于世界平均水平；国家自然科学一等奖常常空缺，国际重要奖项获奖者少；基础研究队伍整体水平有待提高，具有国际影响力的杰出科学家为数不多，人才队伍的结构和区域分布不尽合理；基础研究投入占R&D经费的比例偏低，多年徘徊在5%左右，而创新型国家的基础研究经费占R&D总经费的比例为15－20%；科技基础设施和研究环境与国际先进水平存在明显差距；基础研究的创新环境有待改善，科学争鸣和学术批评的氛围亟待加强，急功近利的学术作风比较普遍，学术失范行为仍偶有发生。这些问题在不同程度上影响了我国基础研究的健康发展，制约着我国原始性创新能力的提高。
发展目标
“十一五”期间，我国基础研究发展的  总体目标是：完善学科布局，培育和支持新兴交叉学科，促进学科全面协调发展；在若干科学前沿领域实现重点突破，解决一批国家经济社会发展中的关键科学问题；加强国家研究实验基地建设，发展和完善科技基础性工作支撑体系；建设一支高水平的基础研究队伍，造就一批具有世界影响力的科学家和研究团队。显著提升我国的原始性创新能力，为建设创新型国家和2020年跻身世界科学强国奠定坚实基础。
具体目标是：
1．稳步发展数学、物理、化学、天文、地学、生物科学等基础学科，形成更加合理的学科布局，在新兴交叉学科和科学前沿取得重大突破。
2．重点解决农业、能源、资源、环境、健康、信息、材料、海洋、空间等国家重大战略需求的一批关键科学问题。
3．争取在蛋白质科学、量子科学、纳米科学技术、发育与生殖生物学等科学前沿领域实现重大突破，达到国际先进水平。
4．完善和发展国家研究实验基地体系，一些研究基地达到世界一流水平。新建100个左右不同类型的国家重点实验室，稳步推进国家实验室建设；建设160个左右国家野外科学观测研究站，形成国家野外科学观测研究站网络体系。
5．稳定一支10万人左右的基础研究队伍，形成500个高水平研究团队，产生一批具有重要国际影响力的科学家。
6．提高科学数据、自然科技资源、科技文献等的采集、加工、集成、共享、服务的整体水平，形成适应科技创新需要的基础性工作支撑体系。
7．提高科学论文的质量，国际论文篇均引用率达到世界平均水平，取得一批原始性创新成果，获得若干具有重大影响的国际性科技奖励。
8．切实改进基础研究管理体制，优化创新环境，形成鼓励创新、宽容失败、百花齐放、百家争鸣的政策环境和学术氛围。
学科布局
根据当前我国基础研究的现状和科学发展趋  势，学科发展布局的主要思路是立足于中国现状，以世界主要发达国家作为参照系，全面布局，协调发展，建立灵活柔性的调节机制，因地、因时制宜地确定投入重点，稳步推进基础学科的发展，大力培育新兴与交叉学科，高度重视自然科学与人文社会科学的交叉。
基础学科：
数学  数学是对现实世界数与形简洁、高效、优美的描述,是有内部抽象性和外部有效性的学科。一个国家的数学水平，在很大程度上决定着国家科学技术的整体水平。“十一五”期间，要全面发展基础数学和应用数学研究，加强数学与其它学科的交叉。基础数学是整个数学学科的基础，必须在整体上给予高度重视和长期、稳定支持。应用数学是数学应用于科学与技术的纽带，包括：计算数学、概率论、数理统计、运筹学、微分方程与数学物理、控制理论、工业应用数学、组合数学、离散数学、计算机数学等。加强数学与生命、地学、信息、系统科学、材料、能源、环境、工程、经济、金融与管理等学科领域的交叉研究。
物理学  物理学研究物质构成及其相互作用的基本规律，其研究成果推动着现代技术的发展。21世纪物理学面临着粒子物理理论、统一所有作用力的理论、暗物质、暗能量等重大科学问题的重大挑战。“十一五”期间，我国物理学应注重粒子物理、核物理、凝聚态物理（磁学、超导、半导体、表面、软物质、极端条件下物理、低温物理、晶体物理等）、纳米科学、量子信息学、现代光学、原子/分子物理、等离子体物理、理论物理、计算物理和声学等各学科的均衡发展。加强物理学和其它学科的交叉与结合，促进新兴学科发展。加强物理学的基本规律、概念、技术在其它科学中的应用。注重生命现象与活动中的物理问题、纳米或低维体系物理的研究。 
化学  化学是在原子、分子及分子以上层次研究物质的合成与转化、分离与分析、结构与形态、功能与理论以及相关复杂体系化学过程的科学。现代化学科学的发展，既受到了人类对新材料、新能源等物质需求的推动，也受到了人类迫切需要了解自身、了解生命现象以及环境友好、可持续发展等客观需求的促进。“十一五”期间，我国化学应注重无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学与物理、化学工程、环境化学等各分支学科的深入和均衡发展，加强化学中新技术、新方法、新理论的基础研究，优先发展与生命科学、新材料和纳米、资源、能源、环境等领域有关的化学研究的新生长点，促进新兴交叉学科如绿色化学、化学生物学等的快速健康发展。
天文学  天文学研究宇宙中天体和天体系统的形成、结构、活动和演化。21世纪天文学与物理学等学科的结合，使人类开始有条件向“最大”尺度的物理规律、“最深”层次的物质结构等重大科学问题发起冲击。未来15年我国天文学的重点发展方向是在不同尺度、不同时标、各种极端条件、所有物理规律共同起作用的天体物理学，特别是其中的星系和宇宙学、高能天体物理、行星系统（包括太阳系）及地外生命。“十一五”期间，将加强比较行星学和月球科学以及空间平台研究，加速建设地面和空间大型望远镜，大力发展全波段天文。积极参与国际虚拟天文台工作，充分利用国际开放天文数据，从天文和工程两个方面积极参与国际天文大项目，重视面向国家战略需求的研究, 如日地空间物理以及天体动力学等。
地球科学  地球科学研究人类的生存环境——地球，对解决可持续发展中面临的资源、环境、灾害等问题至关重要。当代地球科学研究的特征，一是对地观测的迅速发展，二是地球系统科学的形成。“十一五”期间，地球科学应保持各分支学科（包括地质学、地理学、地球物理学、地球化学、测绘科学、大气科学、水文科学、空间科学，及海洋科学、环境科学、生态学、工程技术科学中涉及地学的部分）的协调发展，注重学科间交叉融合。注重发展地球观测与探测系统及地球模拟系统，推进观测信息共享，发展地球各圈层相互作用、各要素综合集成研究方面尺度转换的方法学研究。力争在地球系统各圈层相互作用，地球表层系统中的物理、化学、生物过程及其资源、环境、灾害效应，人类活动对地球系统的影响和适应，以及中国地域特点和全球意义的资源、环境、灾害问题等领域的研究取得突破，逐步将我国的区域优势转化为科学优势。
生物科学  生物科学是研究生命现象和过程的基础科学，包括生物的结构、分类、形态、生理、遗传、发育、进化以及生物与环境的关系等方面。当前生物科学的发展表现出微观与宏观、分析与综合相结合，由定性走向定量，由单一学科走向多学科相互交叉的特征。“十一五”期间，要完善分子生物学、结构生物学、细胞生物学、遗传与发育生物学、神经生物学、分类学、生态学、生物进化等经典生物学和现代生物学各分支学科的协调布局，加大对各种组学（如基因组学、蛋白质组学、转录组学、代谢组学等）、生物信息学、系统生物学、整合生物学、计算生物学等新兴学科的支持。积极推进生物科学与数学、物理、化学、医学、药学、农学、信息科学、工程科学等学科的交叉。
交叉学科：
力学  力学研究力与运动的基本规律和实际应用，它是科学进展与重大工程技术的桥梁。本世纪力学的前沿包括微尺度力学与跨尺度关联、湍流与复杂流动  、高温气体动力学、生物力学与仿生、环境力学、多维系统动力学与控制、远离平衡态与多场耦合的非线性复杂系统等。“十一五”期间，要发展断裂力学、微观力学、损伤力学、跨尺度关联（宏、细、微观）的方法、改造传统的均质连续介质力学、材料的强度理论和新实验手段、判断构件和结构在各种复杂受力环境下的变形与失效行为的理论和方法、按照所需功能设计材料、计算力学，湍流和复杂流动理论，研究各种设计的优化问题。注重研究信息科学、生命科学、航空航天、自然灾害等重要应用领域中的力学问题，完善力学学科的理论框架，发展新的试验与数值模拟手段，促进力学与其它学科的交叉。
工程科学  工程科学是工程实践的科学基础，主要考虑运用自然规律，设计和创造人造系统。“十一五”期间，要加强研究国家重大工程的关键技术、先进制造技术、化学及生物过程的工业放大技术、高效与洁净能源利用技术、开发近岸和深海油气技术的基础研究。重视重大工程可靠性、风险灾害的防治与安全问题、工程系统中的复杂性问题与突变问题；重视交通系统和新型交通工具的基础科学问题。注重资源高效利用与循环使用和信息技术在工程中的应用，强化学科交叉和领域渗透，提高国家制造工业创新能力；注重矿物、空间资源工程的可持续发展的研究，为我国经济和社会可持续、稳定的发展提供理论基础。
农业生物学  农业生物学是探讨农业生物性状形成过程的基础科学。分子生物学和基因组学等现代生物科学的发展，为农业基础科学研究注入了强大的生命力，以农业生物学基础研究为源头和支撑的农业生物技术将成为21世纪解决食物安全、健康、环境、能源等重大问题极具潜力的技术手段。“十一五”期间，农业生物学将重点研究具有重要经济价值的动植物的基础分子生物学，动植物产量和经济性状形成的信号和非蛋白编码基因的调控机制，重要作物和畜禽的基础细胞生物学，优良作物新品种分子设计理论和方法，农作物转基因时空表达精确调控的分子机制，农业生态与生物安全，动植物生物反应器，功能与保健食品，生物质材料，生物质能源和污染农业环境修复的基础生物学等。
生物医学  生物医学是应用现代生命科学理论和实验方法研究人类健康和疾病的临床基础科学。生命科学的进步，推动了生命科学的分支学科如分子生物学、细胞生物学等与临床医学的紧密结合，使基于经验的传统临床医学转变成为以现代生物学知识和实验方法为基础的生物医学。“十一五”期间，要完善医学遗传学、生物医学工程学、免疫学、微生物学、病毒学等生物医学各分支学科的协调布局与发展。加大对干细胞生物学和组织工程等新兴学科的支持，加强生命科学基础研究与临床研究的结合。
信息科学  信息科学是研究信息的产生、获取、变换、传输、存储、处理、显示、识别和利用的科学，是一门结合了数学、物理、天文、生物和人文等基础学科的新兴与综合性学科。“十一五”期间，继续发展计算科学与人工智能、网络科学与信息传输理论、微纳电子学等分支学科，注意各个学科的平衡发展与交叉融合；重点支持生物信息学、量子信息学、网络行为学等新兴与交叉学科。争取在计算方法与智能信息处理方法、无线通信多维信息传输理论与非正交复用理论、纳电子和量子器件的制造原理、基因组信息结构和生物序列比对与拼接算法、基于内容的算法和网络行为学以及信息的量子表象、储存、处理和传输等方面取得突破性进展。
能源科学  能源科学研究能源的生成、开发、转换、利用、节约等规律及其与环境、经济、社会等方面的相互关系。“十一五”期间，要保持各分支学科的协调发展，如能源化学、能源物理学、能源地理学、能源计算与测量、储能、节能、一次能源、二次能源、生态能源、能源系统工程、工程热物理、热工学、动力机械工程、电气工程、化学工程等；加强聚变能、高能粒子参与作用的能量释放和新化合物的能量释放等未来能源的基础研究；大力推进能源科学与数学、物理、化学、材料科学、信息科学、工程科学、生物学等学科的交叉和融合，培育新的学科增长点，探求从根本上解决能源可持续发展的科学问题。加强新能量的产生、能量转换、能量储存和提高能量使用效率的基础研究。
以参加国际热核聚变实验反应堆（ITER）的建设和研究为契机，重点研究大型超导磁体技术、微波加热和驱动技术、中性束注入加热技术、包层技术、氚的大规模实时分离提纯技术、偏滤器技术、数值模拟、等离子体控制和诊断技术、示范堆所需关键材料技术，以及深化高温等离子体物理研究和某些以能源为目标的非托克马克途径的探索研究。
材料科学  材料科学是阐明材料的合成与制备、组成与结构、性质、使用性能等四个要素及相互关系的交叉性学科。“十一五”期间，将注重材料物理与化学、材料学和材料加工工程学科的协调发展，注重培育新的学科生长点以及与其它相关学科的交叉。围绕新一代关键信息材料、能源材料、生态环境材料、生物医用材料、分子电子器件、大飞机工程用材料、深空探测材料、纳米材料与器件等进行基础性和前瞻性研究。重点开展材料先进制备、加工新理论与新方法，材料组分、结构与性能的设计理论，材料环境效应和服役寿命的评价，分子、纳米及介观尺度下的材料科学问题，信息功能材料，生态环境材料，生物医学材料，新型高性能结构材料以及表面技术的研究。
空间科学  空间科学是依靠空间运载器到围绕地球的空间轨道甚至更远的深空所进行观测和实验研究的科学。我国航空航天技术的持续高速发展，使空间科学研究成为我国基础科学研究中，有条件实现跨越式发展并进入国际前列的学科领域。“十一五”期间，将重点开展硬X射线巡天和其它多波段空间天文观测，太阳活动及其对地球系统的影响，微重力条件下的凝聚态物理、流体物理及燃烧过程，空间生物学，空间天气监测、预警预报理论与方法，地球高层空间和深空环境的认识，利用地基－天基联合观测的空间科学研究,空间地球重力学，宇宙地质学以及陨石、撞击  事件和比较行星学等研究。
资源、环境与灾害科学  资源、环境与灾害科学是解决人类可持续发展中面临诸多问题的新兴交叉学科。随着人口增长和经济发展，资源、环境和灾害问题日益严重，致使社会与经济可持续发展面临巨大威胁。“十一五”期间，重点发展基于我国地质演化特点的成矿理论、土地退化和质量演化与可再生资源演变的预测理论，探讨生物多样性可再生性维持机理，揭示生态系统的演变规律，阐明城市和区域性多介质污染的形成机制和演变规律及有毒污染物的生态与健康危害，揭示灾害风险形成机制并寻找减轻自然灾害的途径。
海洋科学  海洋科学对于我国在新世纪的发展具有重要战略意义。目前海洋科学发展的全球化趋势和学科交叉趋势十分明显, 围绕气候、资源、环境等重大问题，形成了一系列有影响的国际研究计划。深潜技术、钻井技术、高精尖仪器和海洋遥感手段的进步,推动海洋科学快速发展。“十一五”期间，重点开展近海关键海洋过程、河口海岸的发育演变及其环境效应，中国近海的环境海洋学过程，海洋生物的可持续利用的基础研究，边缘海的演化、古海洋学及其资源环境效应，西北太平洋环流变异与我国的气候变化，深海大洋探测，海洋地球物理、海洋地球化学、海洋生物学的集成研究，物理海洋、化学海洋、海洋地质以及海气相互作用的研究。
3．自然科学与人文社会科学交叉学科 
心理学与认知科学  心理学与认知科学是揭示认知活动的本质，理解个体在复杂信息环境中的心理活动、行为模式与认知加工机制的交叉学科。随着神经科学的迅速发展，以及计算机科学、信息科学和社会科学的介入，当前主要的研究趋势是从分子、细胞和整体水平，对脑和认知过程进行多层次的综合性的交叉研究。“十一五”期间，要完善心理学与认知科学各个分支学科的协调布局和发展，如认知心理学、教育心理学、社会心理学和行为科学等；加大对行为遗传学、脑影像学和虚拟环境技术等新兴学科的布局；积极推进神经科学与计算机科学、信息科学、语言学、社会学等学科的交叉。
管理科学  管理科学研究人类社会组织和管理活动的客观规律，是跨自然科学、工程技术科学与人文社会科学的综合性交叉学科。管理科学的创新既包括新理论、新方法、新技术，也包括解决国民经济与社会发展中的重大战略问题。“十一五”期间，要注重预测理论与方法、评价方法、优化理论与技术、决策理论与方法、运筹与运作管理、风险评价与管理、信息与知识管理、互联网管理理论与技术、组织理论、质量与可靠性管理、企业管理、公共管理、区域可持续发展与管理等学科领域的均衡发展。加强管理科学方法论、有中国特色的企业管理理论、公共管理基本理论、区域发展与资源环境协调管理等领域的研究。
前沿领域
1．生命过程的定量研究与系统整合
对生命现象的本质和基本过程的研究，已进入到  定量和系统整合的阶段，体现出微观与宏观相结合、分析与综合相结合、由定性走向定量、由单一学科走向多学科相互交叉的特征。
“十一五”期间的主要研究方向：遗传指令及其基因调控系统的时空关系；非编码核糖核酸的表达调控与功能；表观遗传学；以生命系统中特定的组分、结构和功能为目标的各种“组学”；针对模式生物等特定生命系统中各种组分（基因、RNA、蛋白质等）的构成及其相互作用关系进行系统整合的系统生物学；极端环境中的生命特征；系统发育与进化生物学；理论生物物理与生物信息学等。
“十一五”期间，争取在遗传信息的表达与调控、个体发育中的分子与细胞机制等方面取得重大突破，建立和完善系统生物学研究平台和模式生物平台。
2．凝聚态物质与新效应
凝聚态物理主要研究原子间有较强作用的稠密物质体系，是近年来物理学中发展最迅速的领域，研究范围已从固体结构、相变、光电磁特性扩展到液晶、复杂流体、聚合物、生物结构，以及低维量子限域体系等。其发展趋势是以发现凝聚态物质新材料、新现象和新规律为主，并注重这些新材料、新现象和新规律的应用研究。
“十一五”期间的主要研究方向：强关联体系、软凝聚态物质，及其它具有新量子特性的凝聚态物质与新效应；玻色-爱因斯坦凝聚，超导超流机理；极端条件下凝聚态物质的结构相变、电子结构；多种元激发过程以及电声子相互作用等。注重将物理学的基本规律、概念、技术引入生命科学、信息科学、材料科学、化学、环境与能源科学。
“十一五”期间，要在强关联体系、软凝聚态物质、极端条件下凝聚态物质方面，加强新材料、新现象、新效应、新理论的研究，取得重大突破。
3．物质深层次结构和宇宙大尺度物理学规律
当代物理学和天文学发展最主要趋势之一是粒子物理、核物理、等离子体物理和天体物理的交互作用更加紧密，共同探索深层次的物质结构、大尺度以及各种极端状态下的物理规律、宇宙的起源和演化。从微观和宇观两个极端层次和尺度上对自然规律的探索，正孕育着重大的科学突破。
“十一五”期间的主要研究方向：粒子物理学前沿基本问题；暗物质与暗能量的本质；微观和宇观尺度以及高能、高密、超高压、超强磁场等极端状态下的物质结构与物理规律；统一所有物理规律的理论探索；宇宙的起源和演化；太阳、恒星和行星系统、黑洞和各种致密天体、星系和星系团等各种天体和结构的形成及演化等。
“十一五”期间，要加速大型粒子与辐射探测器系统、多波段大型望远镜、高性能计算和数据分析能力的建设，加强国际合作，获得取得重大发现和突破的能力，在理论、计算、实验和观测各个方面优先开展物理与天文等相关学科的交叉研究。
4．核心数学及其在交叉领域的应用
数学不仅是一门独立的学科，而且还为所有其它科学、技术和工程提供描述问题的语言与解决问题的工具。数学在人类认识世界、描述和发现规律，以及培养创造性思维的过程中有着不可替代的作用。当代数学发展的主要趋势为：数学各分支学科的进一步融汇，数学与科学、技术领域之间相互渗透，以及数学对高技术发展的直接参与。
“十一五”期间的主要研究方向：核心数学中的重大问题，包括数学中的结构问题，如代数结构、几何结构、拓扑结构、分析结构与动力系统，朗兰兹纲领，路径积分和相变的数学理论；研究数学与物理学、生命科学、信息科学、工程科学、经济与金融等学科相互交叉而产生的重要数学问题，如离散问题、随机问题、量子问题、算法问题以及大量非线性现象中的数学理论和方法等。
“十一五”期间，要重点研究核心数学中的重大问题，并做出关键性贡献；重视数学与其它学科交叉产生的重要数学问题，建立国家数学交叉与应用研究平台。
5．地球系统过程与资源、环境和灾害效应
地球科学发展已经进入地球系统科学研究的新阶段，是人类社会可持续发展的科学基础之一。其目标着眼于系统了解地球各圈层间相互作用，认识面临的资源、环境和灾害等问题的基本规律，为建立新的地球科学理论，解决可持续发展中所面临的资源、能源、环境、自然与人为的灾害、国家安全等问题做出贡献。
“十一五”期间的主要研究方向：行星地球环境与生命过程及其协同演化；大气、水体、岩土体环境；太阳活动对地球环境和灾害的影响及其预报；地球深部结构、组成、状态、动力学及与其它地球子系统的关系；地球系统的复杂性与地球系统变异的可预测性；板块边界及板块内部形变的特征、动力学及其与地震、地质灾害的关系；多圈层相互作用下的气象、气候灾害发生机理；地表系统的物理、化学、生物过程及人地相互作用；海洋物理和生物地球化学过程及其资源、环境效应等。
“十一五”期间要建立陆基、海基、空基、天基地球观测与探测系统和共享的地球系统数据库，提高污染监测和归趋模拟能力以及对重大灾害的预报能力，力求在大陆动力学、地球各圈层相互作用等方向取得重大进展。
6．新物质创造与转化的化学过程
化学是发现和创造新物质的主要手段，同时也是一门在原子、分子及分子以上层次研究自然界以及人类自身相关复杂体系化学过程的科学。
“十一五”期间主要研究方向：发展物质合成、制备与转化的新策略、新方法，实现新的特定结构分子、凝聚态和聚集态分子功能体系的可控设计、可控合成和制备；建立物质合成与制备以及能源转换和利用过程中环境友好的新化学体系；研究生物活性小分子与生物大分子和细胞相互作用的规律, 为复杂生物体系和过程的调控提供理论依据；运用理论与计算模拟手段和现代实验方法，在不同时间和空间尺度上研究物质形成与转化过程，以及在生命过程和生态环境等复杂体系中的化学本质和规律。
“十一五”期间要实现功能分子、凝聚态和聚集态分子功能体系的设计、可控合成、制备与转化，发展环境友好的新方法、新反应与新路线、新催化剂与新试剂，在能源转换的利用方面取得突破。
7．脑科学与认知科学
了解人类的大脑及其认知功能，是最具挑战性的基础科学命题之一。其研究的目的是揭示脑与智力的关系；理解人类认知、智能的本质以及意识的起源；探索感知觉、意识、情绪、语言、思维等高级认知过程及其神经基础。
“十一五”期间的主要研究方向：脑功能的细胞和分子机理，脑重大疾病的发生发展机理；脑发育、可塑性与人类智力的关系；神经信息  物质组学；脑的智力发育过程和机制；学习记忆等脑高级认知功能的过程及其神经基础；感知觉信息的基本表达、信息加工及其大脑整合机制；视觉不变性识别和选择性注意的脑机制；跨通道的协同记忆、抉择与顿悟式的问题解决；语言认知和自动语言识别；发展可自主编程的脑式信息处理系统和新一代人工智能和设计脑式智能计算机等。
“十一五”期间要建立和完善脑、认知与行为科学研究平台，加强脑功能的分子与细胞基础和作用机理的研究，争取在脑高级认知功能的研究中取得重大突破。
8．科学实验与观测方法、技术和设备的创新
科学实验与观测方法、技术和设备的水平是创新能力水平的重要标志。当前，科学研究的实验和观测在空间上已发展到宇观、介观和微观尺度，在时间上进入到飞秒、阿秒的量级，实验室从地面扩展到了地下、水下、高山、高空和地球大气以外的空间及深空。在极端条件和生命过程研究中要求动态、实时、原位、无损、灵敏的检测、分析和成像。空间实验和观测要求发展重量轻、功耗低、耐辐射和高可靠性的先进探测器和电子学。国家安全要求发展高分辨、高选择性和高通量的快速侦检方法和手段。
“十一五”期间，重点研究生命科学中的动态、实时、原位、无损、高灵敏的检测、分析和成像方法和技术；物质组成、结构及性能的空间、时间高分辨实时、原位观测和表征的新方法；地球科学和空间科学研究中新观测手段和信息获取的新方法。争取在单原子、单分子或单细胞的检测新原理和新方法，高分辨、高选择性和高通量的快速侦检方法和手段，空间科学先进探测器和分析、成像设备的理论基础等方面取得重大进展。
重大战略
1．人类健康与疾病的基础研究
随着我国经济社会的发展，危害中国人的疾病谱出  现了“两极分化”的情况，一方面危害中国人群健康的各种传统疾病依然存在；另一方面则出现了与发达国家相似的疾病谱。目前危害我国人民的主要疾病有：恶性肿瘤、心血管疾病、代谢性疾病（如肥胖症和糖尿病）、新生和重大传染病、神经退行性疾病等。此外，还需加强人口控制和生殖健康、心理健康、营养与健康等影响我国人民生活质量等关键领域的基础研究。“十一五”期间的主要研究方向：人体生理和病理过程的分子、细胞、组织/器官和整体机制；神经、免疫、内分泌系统在健康与重要疾病发生发展中的作用；病原体传播变异规律和致病机制；环境与营养对人体健康影响的分子与细胞机制；药物在分子、细胞与整体水平上的作用机理；现代中医药学理论体系等相关基础科学问题等。
“十一五”期间，争取在恶性肿瘤、心血管疾病、代谢性疾病、新生和重大传染病、神经退行性疾病等重要疾病发生发展过程中的分子与细胞机制的研究方面取得重大突破，为相关疾病的诊断、预防和治疗提供理论基础。
2．农业生物遗传改良和农业可持续发展中的基础科学问题
近年来，拟南芥、水稻等模式植物基因组测序的完成，有力地推动了农业生物功能基因组学研究的兴起和发展，并进入了以功能基因及其调控网络的高通量发掘、研究和利用为重点的基因组时代，极大地促进了动植物品种的分子遗传改良。
“十一五”期间的主要研究方向：农作物产量和品质等重要性状形成的功能基因组学；作物营养形成的代谢网络基础及其调控；农作物抗逆性（旱、盐、寒、涝等）与水分、养分和光能高效利用的生理及分子基础；重要农作物雄性不育和杂种优势利用的分子机理；重要农业生物新品种分子设计的理论和方法；畜禽重要基因资源评价与种质创新的基础研究；重要畜禽品质与生长发育性状形成的代谢与调控；动物重大疫病病原遗传变异、宿主免疫及跨物种传播机理；畜禽重大疫病病原大分子结构与功能研究；植物病原物与寄主作物相互作用的遗传基础与分子机理；固氮、生防等农业微生物功能基因发掘与作用机理；土地退化、化肥保持力减退和水资源枯竭等灾变机理和环境优化。
“十一五”期间，要使我国在重要粮食作物（如水稻）和重要经济作物（如棉花、油菜）的功能基因组学，及相关“组学”的研究中实现重大的科学突破；生物多样性与新品种培育的遗传学基础、农业生物与环境的相互作用、分子遗传改良的研究水平总体上有明显提升。
3．人类活动对地球系统的影响机制
工业革命以来，随着技术的迅速进步，人类活动已经成为改变地球环境的重要因素之一，并不可避免地威胁到人类自身的生存。人类如不能在可持续发展目标下科学地发展和利用已有的技术能力，则终将导致人类赖以生存的地球环境的严重破坏。因此，深入探讨人类活动对地球系统影响的机制、预测与适应、调控机理等具有重要意义。
“十一五”期间的主要研究方向：土地利用与土地覆被变化规律；流域和区域需水规律与生态平衡；海洋资源可持续利用与海洋生态环境保护；能源利用方式的环境效应；区域和全球环境污染过程、主要污染物的源－汇关系及控制原理；重点流域大规模人类活动的生态影响和区域生态安全；重要生态系统能量、物质循环规律与调控，生物多样性保育模式；资源探测与开发过程的灾害风险预测等。
“十一五”期间，要强化水资源保障及供水安全、有毒污染物的区域暴露和生态系统安全等方面的研究，在系统认识土地和水资源演变的基本规律、持久性有毒污染物的环境和生态危害与重大灾害预警方面取得突破。
4．全球变化与区域响应
工业革命以来，人类活动加剧了全球气候变化。要正确估计由于我国经济规模的迅速扩大和能源消耗的快速增长可能对全球变化的影响，以及全球气候变化可能带来的威胁，必须深入研究不同时间尺度的全球气候变化及其区域响应，为科学制定我国长远发展的相关政策和建立应对手段提供科学依据。
“十一五”期间的主要研究方向：大尺度水文循环对全球变化的响应以及全球变化对区域水资源的影响；不同时期人类活动与季风系统的相互作用；海-陆-气相互作用与亚洲季风系统变异及其预测；中国海-陆-地生态系统碳循环过程；青藏高原和极地对全球变化的贡献与响应及其环境效应；气候系统模拟和预测模式的建立及其应用；我国近海对全球变化的响应和影响等。
“十一五”期间，要大幅度提高我国  在全球气候变化与大尺度水循环的关系、亚洲季风系统的长期演化以及陆地生态系统响应等方面的研究水平，提升预测未来气候变化对我国不同地区人类生存条件影响程度的能力。
5．复杂系统、灾变形成及其预测调控
复杂系统科学主要研究复杂大系统由微观层次上各子系统之间的非线性相互作用所导致的宏观层次上的系统行为、结构、功能演化与调控规律，可概括为自然界演化过程中形成的复杂系统、社会复杂系统、工程复杂系统等。复杂系统科学是现代社会和高技术发展的需求，也是基础研究所面临的重大科学挑战。
“十一五”期间的主要研究方向：复杂系统科学的基本问题研究，包括复杂系统从微观到宏观的结构及性能如何自发形成与演化，复杂系统如何协调和干预，复杂系统不同尺度行为间的相关性；与具体学科相结合，解决相关学科中遇到的复杂系统的关键问题，包括突发事件的预测、预报和处理，对自然灾害与气候变化、重大工程系统事故的防范；复杂人造系统的干预和控制，如经济与金融、大型工程系统设计与控制、城市规划与发展、交通、电力网络和信息网络的安全和重大事故控制等。
“十一五”期间要重点研究复杂系统形成的机理、演变规律、突变与调控；建立对自然灾害的监测、预警、预测、预报的理论方法；结合重大工程系统的安全性评估和事故预防，开展对人造复杂系统的研究，推动复杂系统理论在环境、工程、经济、安全等社会活动方面的应用。
6．能源可持续发展中的关键科学问题
能源是现代社会经济发展的重要物质基础。目前我国能源的生产和利用与可持续发展的要求很不适应，能源保障问题日显突出。在未来几十年内，我国必须建成世界上最大规模的能源系统，以支撑我国经济社会的发展。
“十一五”期间的主要研究方向：高性能热力循环及热－功转换过程的关键科学问题；化石能源高效洁净利用与转化的基础研究；煤炭联产系统的关键科学问题；大规模利用核能的基础研究；新能源和可再生能源大规模、经济利用的原理和新途径；高效节能及储能技术的基础研究；巨型互联电网安全稳定和经济运行的理论基础；氢的制备、储存、运输和利用等。
“十一五”期间，要重点发展煤炭的超清洁、高效综合利用，高性能热－功转换过程，并在支持大规模氢能系统建立和后续能源大规模利用的基础研究方面实现突破。
7．基础材料改性优化，新材料设计探索及其服役失效机理研究
国防安全、经济发展、生活质量提高以及社会进步都有赖于材料科学技术的进步和发展，材料科学水平已成为衡量一个国家科技、国防、经济发展水平和综合实力的重要指标之一。
“十一五”期间的主要研究方向：研究基础材料改性优化的理化基础、相变和组织控制机制、复合强韧化原理；新材料的物理化学性质；围绕低维化、人工结构化、集成化、智能化等新物理构架探索、设计和制备具有高性能和新效应的新材料；发展材料设计的理论模型、计算和仿真方法；材料先进制备、合成与表面强化技术基础；以及材料与部件成型或器件制备的一体化设计新原理、新方法；材料高分辨率（纳米、分子、原子、电子尺度）、高灵敏度、原位的表征与测量新原理；材料服役与环境的相互作用、性能演变、失效机制及寿命预测原理等。
“十一五”期间，要重点发展高性能先进钢铁材料、轻质高强合金材料、新型信息功能材料、新型能源材料和高性能高分子材料；在材料设计、先进制备，材料安全服役方面取得突破，为基础材料改性和优化提供科学依据。
8．极端环境条件下制造的科学基础
极端制造是在各种极端环境条件下，制造极端尺度或极高功能的器件、功能系统和新物质。它引导当代先进制造主流技术的发展，并渗透到基础产业、电子信息、空天运载、军工产品等制造领域的核心技术中。
“十一五”期间的主要研究方向：微尺度加工、成形和改性中的界面物理化学作用；高密度能量和物质的微尺度输运规律；微结构形态的精确表达与计量；微驱动、微操纵、微连接、微组装等过程中的动力学、热力学、摩擦学与量子力学等效应和机理；巨型制造系统中多种强能量场间的复杂耦合、能量的非线性聚集与发散、随机涨落扰动与过程的检测与控制；极端尺度结构与系统的精确形成、过程演变、功能创成与质量控制的理论与方法等。
“十一五”期间，要加强极端尺度工件的制造新原理，极端环境下制造中的物质和能量交互作用规律，微结构形态的精确表达与计量，以及复杂制造系统中工件的精确形成、过程演变、功能创成与质量控制的理论与方法的研究，并争取在极端尺度制造方面取得重大突破。
9．航空航天的重大基础科学问题
航空航天科学技术关系到我国的国家安全、经济发展和社会进步。未来若干年内，我国在航空技术、探月、空间实验室、军/民用卫星、深空探测及各类飞行器等方面，应有很大发展。新型飞行器应具有高速度、高机动、高隐形、微小型化、智能化等显著特点，其研制将面临许多挑战性的关键技术和基础科学问题。相关领域的主要目标是为新型飞行器的发展提供创新科学思想、新概念与新方法；为理论创新和提高数值模拟与实验研究能力，提供发展的平台。
“十一五”期间的主要研究方向：空间环境  科学；支持航空航天发展的信息、能源、材料与生命科学；高超声速空气动力学和热力学；热环境与热防护理论；磁流体与等离子体动力学；微流体与微系统动力学；跨物质层次的固体变形和强度理论；新型材料的力学问题；超高速碰撞力学问题；多维动力系统及复杂运动控制；高超声速推进系统的基础理论；动力/推进一体化理论；力、热、光、电磁多场耦合理论等。
“十一五”期间，要完善高超声速空气动力学、热防护与热结构、高超声速燃烧和推进、材料结构一体化的实验平台；加强空间探测理论研究，提高探测能力、空间环境模拟及空间效应分析与预示能力；加强高超声速推进和超高速碰撞力学、高温化学/热力学非平衡流动、可压缩湍流和复杂运动、跨物质层次的固体变形和强度理论、多目标优化、多维动力系统的复杂运动及控制理论等方面的研究。
10．支持信息技术发展的科学基础
信息技术在高速发展和广泛应用的同时，提出了许多急需解决的重大科学基础问题，如新算法与软件基础理论，虚拟计算环境的机理，海量信息存储和处理以及知识挖掘的理论和方法，人机交互理论，网络安全与可信可控的信息安全理论。
“十一五”期间的主要研究内容：新算法与高可信软件基础理论；信息处理方法与理论，智能信息处理的形式化理论与方法；机器学习、数据挖掘、知识发现的方法；多种工作模式下信息的获取、处理与数据融合，新一代人机交互理论；信息安全协议、模型和机制；网络安全监控体系和信息系统安全理论；服务质量体制与协议；网络可扩张性与生存性理论；高性能计算机的基础研究；获取高分辨的客观信息、海量存储以及实时传输的新方法、新原理的研究等。
“十一五”期间，要在高可信软件理论、海量信息处理算法、知识挖掘方法、信息安全基础理论等方面取得重要突破，为信息技术的发展和应用提供新理论、新思想和新方法。
专项计划
1．蛋白质研究
随着人类基因组图谱的公布，以及诸多动物、植物  、微生物的基因组全序列测定的完成，生物科学进入了“基因组时代”。人类将在了解遗传物质DNA全部序列的基础上研究和认识生命的奥秘，阐明基因编码的产物—蛋白质的功能己成为主要研究目标。蛋白质是最主要的生命活动载体和功能的执行者，对蛋白质复杂多样的结构功能、相互作用和动态变化的深入研究，将在分子、细胞和生物体等多个层次上全面揭示生命现象的本质。同时，蛋白质科学研究成果将催生一系列新的生物技术产品，带动医药、农业和绿色产业的发展，引领未来生物经济。蛋白质科学已成为各国争夺的生命科学制高点。
“十一五”期间的主要研究内容：重要生物体系的转录组学、蛋白质组学、代谢组学、结构生物学、蛋白质生物学功能及其相互作用、蛋白质相关的计算生物学与系统生物学，蛋白质研究的方法学，化学生物学等。重点开展重要生物体系的蛋白质组学和结构生物学研究；开展蛋白质研究的方法学工作；建立和完善蛋白质科学研究平台。
“十一五”期间的主要目标：逐步建立有中国特色的蛋白质科学创新研究体系，在蛋白质组学、蛋白质结构与功能研究、蛋白质研究新技术方法领域取得若干重大突破，使我国的蛋白质科学研究整体水平达到国际先进，并形成5－6个在国际上有重要影响力的研究群体。
2．量子调控研究
通过操控原子、分子构造、纳米构造、低维量子限域体系等，实现量子特性调控，如电子态的调控（波函数的调控、自旋调控、轨道调控及关联态调控），电子、光子、声子能带的调控。量子调控及其物理研究的突破，将成为新型功能材料、光电器件和未来信息科学发展的重要基础。
“十一五”期间的主要研究内容：低维量子限域体系的量子理论；量子信息理论，量子计算中的可扩展的多量子比特系统，远程量子通信和量子安全系统等；分子电子学、自旋电子学器件结构与工作原理，如信息加工中的量子现象、相干电子输运等；人工带隙材料的结构与特性。
“十一五”期间的主要目标：争取在与量子调控有关的量子现象的基本理论方面取得突破，初步实现基于这些现象的新量子调制技术，为抢占核心技术、推进新一代技术的跨越式发展奠定科学基础。
3．纳米科学技术研究
纳米科学技术研究是当今科技发展的热点之一，发展纳米科学技术已成为许多国家提升国家核心竞争力的战略选择，也是我国有望实现跨越式发展的领域之一。对物质在纳米尺度下表现出的奇异现象的认识，将有可能改变相关理论的现有框架，使人们对物质世界的认识进入到崭新的阶段。纳米科学技术还孕育着新的技术革命，为材料、信息、绿色制造、生物和医学等领域拓展新的发展空间。
“十一五”期间的主要研究内容：纳米加工与纳米器件、纳米材料与纳米结构、纳米医学与纳米生物学、纳米结构的表征方法与检测、纳米器件与集成的关键方法与技术、纳米体系中的理论和建模问题、纳米和微尺度仿生。
“十一五”期间的主要目标：建立有  中国特色的纳米材料、纳米器件、纳米生物和医学的研究体系，使我国的纳米科技整体水平保持国际先进，并形成5－6个在国际上有带头作用的研究群体。
4．发育与生殖研究
动物克隆、干细胞等一系列举世瞩目的成就，为生命科学与医学的发展带来了重大机遇。这些研究不仅涉及到生命科学中一些最基本的问题，如细胞增殖与分化、遗传与发育等，而且对人类的健康和疾病防治具有重要意义。我国人口增长量大、出生缺陷多、移植器官严重短缺、老龄化高峰即将到来，迫切需要生殖与发育科学理论的突破和技术创新。
“十一五”期间的主要研究内容：干细胞增殖、分化和调控，生殖细胞发生、成熟与受精，胚胎发育的调控机制，体细胞去分化和动物克隆机理，人体生殖功能的衰退与退行性病变的机制，辅助生殖与干细胞的安全和伦理，动植物的发育与生殖研究等。重点开展干细胞的生物学基础研究，建立基于干细胞再生医学的新理论和新方法，建立和完善干细胞研究平台；开展器官生成的基础理论研究和生物伦理研究。
“十一五”期间的主要目标：逐步建设以人类为主的含非人灵长类的胚胎干细胞库，建立胚胎干细胞定向分化模型；建立生殖和再生医学临床前评价体系及我国生殖科学和生殖健康研究体系。