Le département est structuré autour de 5 axes thématiques équilibrés.

Molécules et macromolécules

• Chimie et ingénierie moléculaire, supramoléculaire, macromoléculaire
• Systèmes moléculaires et macromoléculaires complexes, adaptatifs et dynamiques
• Méthodologie et synthèse organique, catalyse, chimie des interfaces
• Biomimétisme, biocatalyse et chimie verte
• Chimie analytique

Matière condensée et matière molle

• Propriétés électroniques, magnétiques, mécaniques, de transport : supraconducteurs, semi-conducteurs, conducteurs électroniques et ioniques
• Nanostructures, nouveaux états de la matière, transitions de phase
• Composés inorganiques, hybrides et composites
• Colloïdes, polymères, matière active, suspensions, émulsions, cristaux liquides, objets biologiques, surfaces et interfaces
• Micro et nano fluidiques

Matériaux avancés

• Chimie du solide exploratoire
• Conception et formulation des matériaux, procédés, nano-structuration, fabrication additive
• Caractérisation des matériaux
• Relation structure-propriétés-élaboration
• Cycle de vie des matériaux et matériaux de substitution

Noyaux, molécules, rayonnement et Univers

• Physique nucléaire et des particules
• Production caractérisation et utilisation des rayonnements ionisants
• Astrophysique
• Astrochimie
• Grands instruments et méga-données pour la physique sub-atomique et l'exploration de l'Univers

Photonique

•  Génération, manipulation de la lumière : systèmes laser et sources secondaires, optique non linéaire, plasmonique, optofluidique
• Lumière et interactions en régimes extrêmes : dynamiques ultra-rapides dans la matière, attoscience. Plasmas, accélération de particules, fusion. Nano-optique et systèmes quantiques
• Spectroscopies-Imageries : spectroscopies multidimensionnelles et multi-échelles, biophotonique, photochimie, optique et numérique

Plusieurs grands programmes sont associés à ce département :​​​​ 

Deux Grands programmes de recherche (GPR) labellisés au printemps 2021 sont portés par ce département :

• LIGHT - Sciences de la lumière et de ses applications (Light sciences and its applications) porté par Brahim Lounis, professeur de l'université de Bordeaux au Laboratoire photonique, numérique et nanosciences (LP2N - CNRS , IOGS et université de Bordeaux)
  Autres départements de recherche impliqués : Bordeaux Neurocampus, Sciences de l’ingénierie et du numérique et Sciences et technologies pour la santé
  Autres structures impliquées : LP2N, Celia, Loma, CENBG, IINS, IBGC, ISM, ICMCB, CRPP, IMS, I2M, CBMN, IECB, LCPO, BIC et ELORPrintTec
• PPM - Matériaux post-pétrole (Post-Petroleum Materials) porté par Daniel Taton, professeur de l'université de Bordeaux au Laboratoire de chimie des polymères organiques (LCPO - Bordeaux INP, CNRS et université de Bordeaux
  Autres départements de recherche impliqués : Sciences de l’ingénierie et du numérique, Sciences et technologies de la santé et Évolution, comportements et organisations
  Autres structures impliquées : CRPP, ICMCB, ISM, LCPO, LCTS, LOF, LOMA, I2M, IMS, CBMN et Larefi

Le département est également associé à un autre GPR :

• BRAIN_2030 - Initiative pour le futur des Neurosciences Bordelaises en Région Nouvelle-Aquitaine (Bordeaux Région Aquitaine Initiative for the future of Neuroscience), porté par le département Bordeaux Neurocampus

Labex

• Store-Ex - Stockage Energie (national) 

Equipex

• ElorPrinTec - Systèmes organiques imprimables
• Xyloforest - Systèmes forêts cultivées ; Produits & matériaux bois
• PETAL + - Diagnostics Plasma pour l’installation PETAL sur le LMJ
• REMIFEVE+ - réseau fibre métrologique à vocation européenne
• MIGA : Antenne gravitationnelle basé sur l'interférométrie atomique
• ThomX - Source compacte de rayons X (national)

École universitaire de recherche (EUR)

• Graduate program Light Sciences & Technologies