围绕我国页岩气高效开发的重大需求，研究多尺度非常规储层定量描述与表征；非常规油气藏非线性、多场耦合渗流理论；非常规天然气藏高效开发的油藏工程方法；基于先进水平井和多段体积压裂技术的增产改造工程理论。形成我国页岩气等非常规储层天然气高效开发生产的地质与工程理论基础。
3.生物质制取高品位液体燃料
面向我国对生物质高品位液体燃料的重大需求，探索基于分子层面设计的生物质热裂解机理和途径，发展生物质液体燃料定向转化的新方法，研究高效转化过程系统集成和全生命周期优化，为我国生物质规模化制取高品位液体燃料提供理论支持。
4.智能电网能量管理和运行控制
研究可再生能源电力接入后智能电网能量管理的基础理论和方法，提高电网对大规模可再生能源电力的消纳能力；研究超大规模智能电网精细化在线分析与优化算法；掌握电动汽车广泛随机接入对电网的影响和调控机理；探索以智能电网为基础的综合能源系统规划和运行理论。
5.工业余热高效综合利用若干重大问题研究
基于科学用能和热能梯级利用原理，建立工业余热梯级利用的定量原则；发展适用于工业余热利用的强化传热传质过程以及换热设备设计的新理论、新概念和新方法；低品位余热高效利用基本原理，以及余热的热能存储和利用方法。
6.动力机械高效清洁热功转换
研究燃气轮机、内燃机、汽轮机等动力机械中多燃料的高效热功转换规律和清洁燃烧理论、新型热力学循环和新概念燃烧方式，高负荷叶轮机械三维非定常气动热力学基础问题，高温高湿条件下的传热冷却规律和流-热-固多场耦合机理。
7.化石燃料燃烧过程中超细颗粒形态污染物的形成和控制
研究化石燃料燃烧过程中超细颗粒污染物的形成和控制，包括燃烧过程PM2.5的产生机制、性质、影响，PM2.5与重金属、有机污染物及其他气态污染的相互作用和转化的机制；探索大幅度降低PM2.5及与其他污染物联合控制的技术途径，为大幅度降低化石燃料燃烧过程中超细颗粒污染物清洁能源技术提供理论基础。
8.深部油气藏地球物理探测的基础理论问题
针对深部油气藏的地球物理探测面临的应用基础理论问题。研究建立多尺度非均质油气藏物理模型、数学模型和岩石模型，研究深部油气藏地震响应特征，研究基于变系数、非线性波动方程的叠前地震成像理论及快速实用的数值算法，以及深部高温高压条件下岩石物理响应及测井与地震数据的关系模型。
信息科学领域
1.具有重要应用前景的原创性新型信息器件研究
研究新型太赫兹（THz）源、接收器件和其它关键功能器件；研究介观尺度下光子行为及其应用，探索微/纳尺度光学结构中光子产生、传输和控制的新现象和新规律；研究新型有机电子存储材料和器件、高速柔性薄膜电子学器件和高分辨率三维显示器件。
2.支撑节能环保的光子、电子器件及技术研究
针对光子、电子器件在节能环保和绿色能源领域的重大应用前景，开展低能耗光子、电子器件的新原理探索，研究微纳光电子集成器件低能耗的实现途径和管理方法、低能耗接入网光电子集成器件、毫米波互连器件和支撑节能应用的新型微波电子器件与技术。
3.智能协同网络理论研究
面向未来网络高速海量泛在的通信需求，研究业务动态感知测量方法与业务聚合及演化的统计特征、复杂业务行为表征及建模，探索业务上下文关联与协同通信机制；研究异构网络资源认知和协同调度方法，建立网络资源虚拟化理论和服务动态适配机制；建立计算通信理论框架和服务能力容限计算方法，提出跨网资源高效利用并显著提升用户体验的新型网络体制。
4.面向多维资源与新应用环境的传输理论与方法
研究宽带通信超大容量时频空多维复用光纤信道效应与光传输系统及全光节点实现关键；研究宽光谱信号的传输机理和光载无线通信理论及实现方法；面向高频段或深空通信的弱链路可靠传输问题，研究信道时变机理和统计特性，建立时频码空多维复用宽带无线传输理论框架和多维联合优化设计方法。
5.互联网环境中文信息处理与深度计算的基本理论与方法
研究互联网规模中文深度计算的理论与模型，包括中文信息表示理论与模型、句子与篇章的结构分析和语义理解等方法；研究言语多通道感知机理，包括多言语识别、翻译、合成与融合、开放式多类型语言知识大规模获取与组织等方法；研究中文信息所承载中国文化元素的获取、传承和呈现等方法；构建大规模中文文本语义体系和语料库，开发相应软件系统原型。
6.感知和认知的计算新理论和方法
围绕感知和认知在智能传感网、脑机一体化等新方向的应用，研究传感网、脑机融合和视听觉等智能协同感知与认知的计算理论与方法，研究并提出基于语义增强的感知信息的编码、存储与搜索的优化算法，建立感知信息的智能分析和控制验证平台，适应我国物联网、机器人、智能医疗、智慧服务和安全监控等方面的应用需求。
7.网络环境下密码安全研究
在网络环境下研究：面向多用户的量子密码、非交换密码等算法的设计与分析理论及方法；多密码算法协同应用的密钥安全性理论与方式；多方参与的计算安全性理论与方法；适于物联网的轻量级快速加密与签名体制设计与分析；支持密文检索、地址绑定、信任传递、多消息传送的属性基密码、位置基密码、多重代理密码和批量密码的理论、方法与技术。
8.社交网络分析与网络信息传播的基础研究
