Os programas de P&D do CNPEM foram estruturados visando contribuir para atender demandas prioritária do Estado brasileiro e aproveitar oportunidades para o desenvolvimento do Brasil em saúde, energias renováveis, desenvolvimento de materiais renováveis, agricultura sustentável, e desenvolvimento de tecnologias quânticas. Os recursos humanos altamente qualificados aliados ao conjunto de instalações científicas singulares e de ponta presentes no Centro, assim como a ampla interação com a comunidade científica nacional e internacional, criam um ambiente sinérgico que favorece o avanço da pesquisa.