Die Erforschung der Materie umfasst die materielle Erfahrungswelt des Menschen. Mit modernen physikalischen Methoden gelingt es, in die Struktur der Materie bis in atomare Dimensionen vorzudringen und damit ihre Funktion zu verstehen. Effiziente Materialien für die Katalyse, maßgeschneiderte Werkstoffe und neue Medikamente sind mögliche Anwendungen. 

Hierfür bilden Großgeräte der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung die Nutzerplattform zahlreicher Fachbereiche: von Physik, Chemie, Geowissenschaften, Material- und Werkstoffwissenschaften über Lebenswissenschaften und Medizin bis hin zu Archäologie und Kunstgeschichte. Gemeinsames Merkmal ist die Entwicklung und Anwendung präzisester physikalischer Messmethoden, die auf der Wechselwirkung von Licht, Neutronen oder elektrisch geladenen Teilchen mit Materie beruhen.

Für die Untersuchungen werden modernste Großgeräte benötigt wie beispielsweise Synchrotronstrahlungsquellen, Freie-Elektronen-Laser, Neutronenforschungsreaktoren und Spallationsquellen sowie Ionenquellen, ausgestattet mit ständig weiterentwickelten Experimentierumgebungen. Das Bundesforschungsministerium ermöglicht den Ausbau der Experimente im Rahmen der Verbundforschung und die Entwicklung der Großgeräte mittels institutioneller Förderung.