2017年，理论预言并首次实验发现了三重简并点半金属WC家族材料，发现其中的三重简并费米子型准粒子激发，为在凝聚态物质中探索非常规费米子激发提供了新思路、新方法。
2018年，首次在铁基超导体铁碲硒材料中发现了拓扑超导表面态，并在该材料中发现了零能的马约拉纳束缚态，对构建稳定的、高容错、可拓展的未来量子计算机的应用具有重要意义。
3 粒子物理与核物理研究
中科院依托相关国家重大科技基础设施并牵头重大国际合作，在强子物理、核物理、中微子物理、高能量前沿等方面取得一系列具有国际影响力的科学成果。
1990年以来，高能所依托北京正负电子对撞机（BEPC）、北京谱仪（BES）实验精确测量了τ轻子质量及R值，发现了X(1835)新粒子。2013年，北京谱仪Ⅲ实验发现了“四夸克物质” Zc(3900)，是对传统夸克模型中物质只含2个或3个夸克的重大突破，在美国物理学会《物理》评出的当年度物理学领域11项重要成果中位列榜首。
1992年，利用兰州重离子研究装置，上海原子核所（现“上海应物所”）获得了新核素铂-202，这是中国科学家首次合成的新核素。20世纪90年代以来，近代物理所合成了34种新核素，首次高精度测定一批短寿命原子核质量，建成国际核质量数据评估中心。这些新核素的产生是中国科学家在远离稳定线核的合成和研究中取得的重大成果。
2011年，上海应物所在参加RHIC-STAR核物理国际合作研究中，与美国科学家合作，为首次发现迄今最重的反物质粒子——反氦核，发挥了关键作用。
2012年，由高能所牵头的国际合作研究团队在大亚湾反应堆中微子实验发现了中微子振荡新模式，精确测得中微子混合角θ13值，标志着我国中微子实验研究从无到有步入世界前列。该成果入选美国《科学》 2012年十大科学突破，获2013年度中国科学院杰出科技成就奖、2016年度国家自然科学奖一等奖、2016年度国际基础物理学突破奖。
由高能所牵头的中国研究团队在2012年欧洲核子中心大型强子对撞机国际合作实验中，为发现希格斯粒子及其性质研究作出了直接贡献。
4 有机分子簇集和自由基化学研究
物理有机化学是有机化学的理论基础，主要涉及结构、介质和化学特性、物理特性之间的关系。上海有机所经过近20年努力，围绕物理有机化学前沿领域两个重要方面——有机分子簇集和自由基化学，进行了深入系统的研究。获2002年度国家自然科学奖一等奖，填补了该奖项此前连续4年的空缺。
有机分子簇集和自卷研究成果，对在分子水平上理解某些生命现象及设计治疗动脉粥样硬化疾病的药物具有重要理论启示。自由基化学研究建立了当时国际上最完整、最可靠的反映取代基自旋离域能力的参数，被国际同行认为是里程碑式的工作。这两个方面涉及有机化合物的结构效应和介质效应，是物理有机化学研究的核心内容之一。
5 纳米科技创新
