В институте ведутся теоретические исследования в области физики космической плазмы, астрофизики высоких энергий, теоретической радиоастрономии и физики ближнего космоса. Исходной проблемой, объединяющей эти исследования, служит проблема взаимодействия плазмы с электромагнитным излучением. Эти исследования ведутся в двух направлениях. Первое из них касается тех аспектов физики классической плазмы, которые играют главную роль в космических условиях: неустойчивости и нелинейные явления, динамика систем заряженных частиц в магнитных полях Земли и планет, Солнца и звезд, ускорение и излучение заряженных частиц, распространение и взаимодействие плазменных и электромагнитных волн. На их основе исследуются когерентный и некогерентный механизмы излучения, особенно плазменный и циклотронный. Эти работы находятся в тесном взаимодействии с фундаментальными исследованиями, проводимыми в ИПФ РАН в области электроники и электродинамики лабораторной плазмы. Так, космические циклотронные мазеры имеют много общего с их лабораторными аналогами – оптическими квантовыми генераторами и электронными приборами, основанными на циклотронном резонансе. Второе направление связано с астрофизической плазмой в экстремальных условиях. Сверхсильные магнитные и гравитационные поля, релятивистские гидродинамические движения, мощное жесткое излучение существенно меняют свойства плазмы вблизи компактных объектов (белых карликов, нейтронных звезд, черных дыр, активных ядер галактик). В сверхсильных магнитных полях движение электронов становится квантованным, а вакуум намагничивается, при релятивистских скоростях важны взаимопревращения частиц, а излучение оказывает определяющее влияние на их микро- и макроскопическую динамику. С учетом этих обстоятельств моделирование астрофизических объектов становится комплексным, и на первый план выходит согласованная интерпретация их излучения в различных интервалах частот – от радио- до гамма-диапазона.
