Научные подразделения ФГУП «ЦНИИХМ» выполняют научно-исследовательские и конструкторские работы по перспективным направлениям развития науки и техники, таким как – нанотехнологии, роботехника, информационные технологии, космическая деятельность, боеприпасы и специальная химия. Научные подразделения оснащены современным научно-исследовательским оборудованием, имеют уникальную технологическую базу и высококвалифицированный научный и инженерно-технический состав.

Исследования и разработки осуществляются в рамках критических технологий:

- технологии наноустройств и микросистемной техники;

- технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов;

- технологии получения и обработки функциональных наноматериалов;

- компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий;

- технологии диагностики наноматериалов и наноустройств;

- нано-, био-, информационные, когнитивные технологии (в части нано- и информационных технологий);

- технологии информационных, управляющих, навигационных систем;

- базовые и критические военные и промышленные технологии для создания перспективных видов вооружения, военной и специальной техники.

- технологии создания ракетно-космической техники нового поколения;

- технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

- технологии биоинженерии;

- технологии новых и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергетику;

- технологии и программное обеспечение распределенных и высокопроизводительных вычислительных систем.

Во ФГУП «ЦНИИХМ» развернут и функционирует вычислительный комплекс с использованием кластерных технологий, осуществляются прогнозно-аналитические функции, подготовка документов по реализации федерально-целевых программ и программ развития в интересах ФСТЭК России и предприятий оборонно-промышленного комплекса страны в части защиты информации. На основе прогнозных исследований и оценок планируется развитие работ по перспективным направлениям науки и технологии, и созданию техники нового поколения на основе инновационных решений.

ФГУП «ЦНИИХМ» является головной научно-исследовательской организацией Минобороны России, отвечающей совместно с научно-исследовательскими организациями государственного заказчика и Российской академией ракетных и артиллерийских наук за исследования по формированию направлений развития боеприпасов, высокоэнергетических систем и конструкционных материалов для средств сил общего назначения.

Институт осуществляет научное обеспечение, участие и сопровождение работ по стандартизации и метрологии при создании новых образцов вооружения, военной и специальной техники, а также при освоении их серийного производства в соответствии с действующей нормативно-правовой базой.