新一代气候系统模式。开发新一代具有自主知识产权的，包含碳循环过程、地球生物化学过程、陆面、冰盖和生态模式以及高分辨率的海洋和大气环流数值模式的气候系统模式。
气候变化的检测与归因。重建过去两千年以来中国高分辨率气候变化序列，利用气候模式进行气候变化自然和人为因子影响的敏感性试验，确定不同历史时期气候变化的主要影响因子。
气候变化监测预测预警。开发气候变化监测预测预警技术，监测气候变化的过程和要素，模拟预测各种温室气体排放情景下未来全球气候变化情景，预测人类活动影响下全球主要地区未来气候变化，预警极端天气/气候和灾害事件及其风险评估。
亚洲季风系统与气候变化。研究亚洲季风系统的变化规律及其在全球气候变化中的地位，分析人类活动对亚洲季风系统及气候变化的影响，研究海－陆－气相互作用及其在全球气候异常产生中的作用。
中国极端天气/气候事件与灾害的形成机理。研究全球变暖背景下中国极端天气/气候事件与灾害发生频率、强度和空间分布特征的变化规律和趋势，认识气候变暖背景下亚洲和中国区域能量和水循环的变化特征及其与旱涝的关系，研究气候变暖背景下中国沿海海平面变化规律。
冰冻圈变化过程与趋势。研究冰冻圈的气候、水文、生态、环境效应，青藏高原积雪变化对长江中、下游气候影响的机理及其对全球气候变化的响应，研究南北两极、欧亚大陆积雪对中国气候变化的影响。
生态系统能量转化、物质循环对气候变化的响应。研究气候变化背景下生态系统的碳、氮和水循环过程及其耦合机制，以及生态系统结构和过程对气候变化的响应。
（二） 控制温室气体排放和减缓气候变化的技术开发节能和提高能效技术。重点研究开发电力、冶金、石化、化工、建材、交通运输、建筑等各主要高耗能领域的节能和提高能效技术与装备，机电产品节能和提高能效技术，商业和民用节能技术和设备，能源梯级综合利用技术等。
可再生能源和新能源技术。重点研究低成本规模化可再生能源开发利用技术，开发大型风力发电设备，高性价比太阳光伏电池及利用技术、太阳能发电技术和太阳能建筑一体化技术，燃料电池技术，水电、生物质能、氢能、地热能、海洋能和沼气等的开发利用技术。
煤的清洁高效开发利用技术。重点研究开发煤炭高效开采技术及配套设备、重型燃气轮机、整体煤气化联合循环、高参数超（超）临界机组、超临界大型循环流化床等高效发电技术与装备，开发和应用液化及多联产技术，开发煤液化以及煤气化、煤化工等转化技术、以煤气化为基础的多联产系统技术等。
油气资源和煤层气勘探和清洁高效开发利用技术。重点开发复杂断块与岩性地层以及深海油气藏勘探技术，深层油气资源勘探技术，稠油油藏和低品位油气资源提高采收率综合技术，油气资源和煤层气清洁高效开发利用技术。
先进核能技术。研究并掌握快堆设计及核心技术，相关核燃料和结构材料技术，突破钠循环等关键技术，积极参与国际热核聚变实验反应堆的建设与研究。
