若干基本科学问题有望实现革命性突破
暗物质与暗能量的探索
物理学正处于一场重大变革的前夜。最新观测表明，我们看得见摸得着的普通物质只占宇宙构成的4％，而宇宙的主要成分是暗物质（占22％）和暗能量（占74％）。暗物质是指具有质量但不会和光发生任何作用的物质。暗能量是指充满宇宙空间，使宇宙膨胀加速、具有负压力的能量。
中国需投资建设的探测暗物质与暗能量的试验装置，包括地下和太空的粒子探测器和在南极建立大口径天文望远镜。
人造生命和合成生物学
科学家已经从最简单的基因组构成出发，经过基因组导入、基因组全合成，以及可自我复制的高分子有机物在人造膜微粒“原细胞”中合成等发展阶段，逐步建立了“合成生物学”这一崭新领域。合成生物学以创制人造生命、解析生命本质为核心，着重阐明简单生命特征，实现单细胞生命的合成及细胞工厂、分子机器的人工改造。
在这一领域，中国经过10~20年的努力，有望产生一系列具有应用前景的新方法、新技术和新品种。
光合作用机理
光合作用机理的突破，可大幅提升光能转化效率，大幅提高粮食和植物资源的产出，并对太阳能光生物转化利用生产清洁燃料、仿生模拟光合作用机理开辟太阳能利用的新途径、实现农业及可再生能源的可持续发展都具有革命性意义。
美国专门制定了至2030年的生物质路线图。我国力争在20~30年内提高主要作物稻、麦等光能利用效率百分之百，提高制备生物柴油效率并研制生物太阳能电池。