基于高校的特殊性和人员的实际情况，实验室集中优势力量，突出重点，凝练科学目标，立足学科前沿，积极开放，发挥高校优势，设立以下四个研究方向：
    1、 星系形成和演化：
    结合数值模拟结果，用半解析方法研究宇宙中星系整体的形成和演化。
    2、 银河系的结构和演化：
    对银河系的观测特性进行物理描述，研究各主要成分和其整体的形成和演化。
    3、 宇宙学研究：
    与理论物理交叉，紧密结合观测结果，对宇宙学模型进行约束；
    4、 引力透镜研究：
    开展大样本的星系、星系团引力透镜研究，讨论宇宙中的物质分布。

    1、国家需求 ＋ 学科前沿；
    2、人脑 ＋ 电脑 ＋ 独特数据库；
    3、打破围墙 ＋ 积极开放；
    4、 注重交叉 ＋ 优势互补；
    5、国内外合作 ＋ 竞争 ＋ 国外大型望远镜；
    6、 人才流动 ＋ 人才培养。

    国家自然科学基金委重点、科技部“973”以及省部级重点项目是衡量科研工作的重要指标，特别实验室的四个主要研究方向中的三个都在5年内获得了基金委重点项目的支持：

一、“银河系的结构和演化”：
（1）2009－2012基金委重点项目“银河系结构和演化”，编号：10878003，主持人：束成钢；
（2）2013－2018科技部“973”项目“银河系引力势与物质分布研究”，编号：2014CB845704，参加者：束成钢；
（3）2008－2011上海市重点项目“银河系整体结构数值演算研究”，编号：08240514100，主持人：束成钢；
二、星系形成和演化：
（1）2009－2012基金委重点项目“星系化学演化-从高红移吸收体星系到近邻盘状星系”，编号：10833005，主持人：侯金良，实验室人员为主要参加者：罗智坚，常瑞香，陈力，邵正义，沈世银；
（2）2015－2019基金委重点项目“红移z～1－2的恒星形成星系测光和形态研究”，编号：10433003，主持人：束成钢；
（3）2007－2012科技部“973”项目“宇宙大尺度结构和星系形成与演化”，编号：2007CB815402，参加者：束成钢；
三、引力透镜：
（1）2014－2018基金委重点项目“第一代天体和宇宙大尺度结构的形成与演化及宇宙学参数测定”，主持人：范祖辉，编号：11333001，实验室人员为主要参加者：傅莉萍，涂泓，方伟；
（2）2013－2016上海市基础重点项目“利用宇宙剪切研究宇宙中超大尺度的物质分，，编号：13JC1404400，主持人：束成钢。