本学科专业拥有包括2×6MV串列静电加速器、4.5MV静电加速器和14C专用加速器质谱计等在内的一批大型开放科研设备，正在建设基于射频超导加速器的自由电子激光研究平台和基于RFQ加速器的中子照相研究平台，以及多功能离子束应用系统等。除此之外，本专业还拥有先进的加速器质谱实验室、离子束生物实验室、离子束材料实验室、医学影像实验室和离子源实验室等。
目前核技术及应用专业有三个主要研究方向：
1．粒子加速器物理与技术
本研究方向重点开展新型加速结构、加速器基础物理与技术研究，主要包括射频超导加速技术、强流质子与重离子RFQ加速技术、激光等离子体加速和加速器束流动力学研究等。同时发展以加速器为基础的相关技术，主要有自由电子激光（FEL）、THz波技术和基于RFQ加速器的中子照相技术等。
本方向在国内具有重要地位，在国际上也有一定影响。目前承担着国家“973”、“863”、军口“863”、自然科学基金重点、国防基础研究等重要科研项目。近年来取得的重要成果有：研制了国内第一台射频四极场（RFQ）重离子加速器并在国际上首次实现了用RFQ加速器对正负离子束同时加速；在国际上首次提出并实现了分离作用RFQ加速结构；自主研制了各种类型的实用型射频超导加速腔，加速梯度均达到了国际先进水平；自主设计研制了具有创新结构的射频超导光阴极注入器，受到国际同行的普遍关注；提出了一种激光加速离子的新机制，受到国际上激光加速领域的高度重视。
2．基于加速器的核技术及应用
本研究方向的重点是面向先进核能系统的材料实验与理论研究、面向放疗及低剂量辐射危害性的辐射生物物理研究、载能粒子束辅助制备纳米结构及其应用研究、加速器质谱（AMS）技术与应用，中子物理与中子应用技术。
本研究方向目前承担着多项与国家安全和能源密切相关的“973”及军口“863”课题、自然科学基金重点、国防基础研究等重要科研项目，在国内具有重要地位，在国际上有一定影响。 本研究方向近年来建成了国内第一台能进行高精度14C测量的AMS，并开展交叉学科研究，为“夏商周断代工程”做出了重要贡献，目前重点开展“中华文明探源工程”和环境科学应用研究；在国际上首次证实在植物系统中存在辐射损伤旁效应的间接作用；国际上首先制备出通过生物分子构像变化实现开关的人工离子通道等。相关工作被分别被《Nature》等评为“研究亮点”；评价、测量了大量国防所需要的核数据等。
3．医学物理与医学影像学
本研究方向重点研究与核科学相关的医学物理与医学影像学，主要包括核磁共振成像技术、核医学成像技术、医学图像分析处理技术和射线治疗技术，正在承担着国家“973”课题等重大科研项目。近年来提出了设计超导MRI主磁体和多种射频线圈的新方法和0.5T永磁核磁共振成像装置的设计方案，发展了非均匀场核磁共振成像技术；开展了核医学分子功能代谢成像技术的研究。最近，国家“千人计划”学者高家红教授加盟本研究方向，将对本方向的发展起到极大的推动作用。
招收新生的研究生导师及其研究方向如下：
| 姓名 | 性别 | 职称 | 研究方向1 | 研究方向2 | 联系方式 | 博导/硕导 | 备注 |
| 陈佳洱 | 男 | 教授 | 加速器物理及技术 | 62755495 chenje@pku.edu.cn | 博导 | 院士 | |
| 高家红 | 男 | 教授 | 医学物理 | jgao@radiology.bsd.uchicago.edu | 博导 | 千人计划 | |
| 刘克新 | 男 | 教授 | 加速器物理、技术及应用 | 62758528 kxliu@pku.edu.cn | 博导 | ||
| 王宇钢 | 男 | 教授 | 离子束物理及在材料、纳米科学中的应用 | 辐射生物物理 | 62755406 ygwang@pku.edu.cn | 博导 | |
| 鲁向阳 | 男 | 正高工 | 超导加速器物理与关键技术 | 射频超导材料与表面处理 | 62767161 xylu@pku.edu.cn | 博导 | |
| 陆元荣 | 男 | 正高工 | 强流加速器物理与技术 | 62751881 yrlu@pku.edu.cn | 博导 | ||
| 颜学庆 | 男 | 副教授 | 加速器物理与技术 | 激光等离子体相互作用 | 62751881 xqyan@pku.edu.cn | 博导 | |
| 赵子强 | 男 | 副教授 | 离子束物理及在材料、纳米科学中的应用 | 聚变堆第一壁材料研究 | 62755363 zqzhao@pku.edu.cn | 博导 | |
| 薛建明 | 男 | 副教授 | 离子束物理及在材料、纳米科学中的应用 | 极端条件下材料物性研究 | 62758494 jmxue@pku.edu.cn | 博导 | |
| 彭士香 | 女 | 副教授 | 离子源物理与技术 | 束流输运动力学 | 62760060 sxpeng@pku.edu.cn | 博导 | |
| 黄斐增 | 男 | 副教授 | 放疗物理与技术 | 62756669 huangfz@pku.edu.cn | 硕导 | ||
| 谢大弢 | 男 | 副教授 | 超导薄膜技术 | 62767161 xdt@pku.edu.cn | 硕导 | ||
| 杨丽敏 | 女 | 副教授 | THz波技术及应用 | 62755408 yanglm@pku.edu.cn | 硕导 | ||
| 郝建奎 | 男 | 副教授 | 超导加速器物理与技术 | 62767160 jkhao@pku.edu.cn | 硕导 | ||
| 颜 莎 | 女 | 高工 | 离子束物理及在材料、纳米科学中的应用 | 聚变堆面向等离子体材料研究 | 62751879 syan@pku.edu.cn | 硕导 | |
| 全胜文 | 男 | 高工 | 超导加速器物理与技术 | 62767160 qsw@pku.edu.cn | 硕导 | ||
| 曹文田 | 男 | 高工 | 医学影像物理与技术 | 62756073 cao@pku.edu.cn | 硕导 | ||
| 朱昆 | 男 | 高工 | 强流加速器物理与技术 | 62755023 zhukun@pku.edu.cn | 硕导 |
