1.细胞的结构和分子功能。细胞如同一个高度有序的机器系统，生物分子根据其定位、结构、运动、浓度以及与其他生物分子的动态相互作用，精确、有序和协调地执行复杂多样的功能。细胞的结构是动态的，各种生物大分子、细胞内各种亚细胞器、分子复合物和生物大分子都是在高度复杂的细胞内环境中行使功能。愈来愈多的证据表明，只有通过实时动态观测与精准信息获取来对活细胞原位研究，才能准确地反映细胞内各种亚细胞器、分子复合物和生物大分子的真实结构和功能机制。 核心科学问题：超分辨显微镜、单分子成像、非荧光成像等研究活细胞的技术与方法的建立；活细胞内的亚细胞器、分子复合物和生物大分子的结构、组装、运动和功能；细胞器之间的信号联系及功能。
2.系统生物学。从不同层次同时研究多重生物学信息之间复杂的相互作用, 包括基因组、蛋白质、代谢、信号传导途径、基因调控网络和蛋白质相互作用的网络等, 以期在此基础上理解它们之间协同作用对生命活动产生的影响。系统生物学借助发展多学科交叉的新技术方法, 研究功能生命系统中所有组成成分的系统行为、相互联系以及动力学特性, 进而揭示生命系统控制与设计的基本规律。系统生物学将不仅使人们全息地了解复杂生命系统中所有成分以及它们之间的动态关系, 还可以预测系统一旦受到了刺激和外界的干扰后系统的未来行为。系统生物学使生命科学由描述式的科学转变为定量描述和预测的科学。
核心科学问题：生物系统的网络基本元件的构建和参数确定及生物系统网络模型的建立；生物系统的网络分析理论与方法；生物信息的整合与分析；生物系统动力学；生物环路的模拟与构建。
3.生物材料及其表界面生物功能与介入医学的相关基础研究。生物材料与生物体之间的相互作用是发生在生物材料的表面和界面上的。通过认识生物材料表面界面与血液、细胞等的相互作用规律，研究材料表面的活性和生物功能化修饰，有可能对生物材料的性能和应用带来突破性进展。生物医用材料就是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、器官或增进其功能的生物材料，其核心是赋予材料生物结构和生物功能。同时，生物材料与器械和信息技术的发展，使介入医学具有微创、安全可靠和术后恢复快等优点，并使介入医学与外科、内科一起成为医学的三大支柱性学科；研究开发安全、有效、方便的新型介入器具并降低医疗费用，是当前亟待解决的难题和主要研究方向。
核心科学问题：生物材料表面与组织（细胞）的相互作用机理；组织再生过程中的关键微环境因素；生物材料表面的微纳结构及其与生物体的相互作用；生物医用材料的分子识别和生物导向性；生物医用材料的表面改性与生物相容性；生物植入材料及其调控组织再生的机制；介入治疗后疾病复发机制的研究；介入医学新技术与新型介入医疗器械的研究；图像引导下的介入医学与计算机辅助工程。
17. 影像医学、数字医学与人口健康领域先进诊疗技术基础研究。影像医学、数字医学与健康领域先进诊疗技术是将医学科学研究推向动态化、定量化和可视化的新高度，并为临床诊疗精密化、个体化、远程化和高效、低毒提供强大支撑的重要发展方向。开展相关领域基础研究对提升我国医学科研和诊疗水平以及医疗装置与设备的研发水平都将起到至关重要的作用，对探究疾病的发生机制以及实现疾病的早期预警、准确诊断、精确治疗和预后评估等具有重要意义。
核心科学问题：医学成像新理论、新方法与医学图像的定位定量分析、处理和可视化；脑功能成像与关键影像学表征；分子标记、分子探针、放射性新药设计与纳米显微成像；结构、功能、代谢和分子成像及其在疾病诊断、治疗、药物输运控释和创新药物研发中的应用；新型光学、超声、核医学、CT、磁共振、电阻抗与电磁物理功能成像以及分子成像的核心技术与设备；数字医学基础与平台；数字医学与影像医学新技术新方法及其在疾病早期诊断、亚临床诊断与预后评估中的应用；单细胞技术与设备、芯片实验室与组学分析；新型手术机器人、图像引导下计算机辅助系统研发；脑—机接口、神经肌肉刺激装置与微型活体探测器研发；生物起搏器、新型人工心脏辅助系统、便携式人工肺与便携式透析仪研发。
18. 神经—免疫—内分泌网络调控失衡与疾病。神经—免疫—内分泌调节系统是机体维持自身稳态平衡的轴心和主要保障，稳态平衡一旦被打破而不能得到及时调节和恢复，机体即可能逐渐过渡到亚稳态直至失衡态，并发生由正常生理状态（健康状态）向亚生理状态（亚健康状态）直至病理状态（疾病发生）的演变。神经—免疫—内分泌调节系统是一个庞大的复杂作用体系，但神经、免疫和内分泌系统又各成系统，并维持其体系内的平衡，因而涉及面广，研究难度大，问题多，具有十分重要的科学意义和实际指导价值。
核心科学问题：神经—免疫—内分泌调节网络失衡与疾病的关系；神经损伤与功能紊乱的病理机制；神经退行性病变的病因学及分子机制；精神疾病脑结构与功能变化及机制；神经元髓鞘化与脱髓鞘机制；重要免疫细胞和分子在神经损伤与紊乱中的作用和机制；内分泌反馈和负反馈系统紊乱发生机制及与内分泌疾病的关系；内分泌活性物质分泌、作用及调控机制及其变化与疾病发生的关系；神经、免疫和内分泌系统建模、网络联系及其相互作用机制。
19. 疼痛及镇痛机理研究。据世界卫生组织报道，有慢性痛经历的人约占世界总人口五分之一，疼痛、尤其是慢性痛，已经成为一种疾病和公共健康问题。疼痛不仅仅是疼痛本身的问题，更重要的是严重影响正常脑功能，诱发神经与精神障碍，导致劳动力的丧失和巨大的医疗费用支出。阐明疼痛的发生机理和寻找新的镇痛方法，将有助于解决因各种疾病及创伤带来的日益突出的疼痛问题。对疼痛机制的认识也是对脑的工作机制认识的有效途径，疼痛及镇痛机理研究反映了人类改善身心健康和提高生活质量的根本要求。
核心科学问题：疼痛信息处理的中枢机制以及慢性痛的中枢起始与维持机制；疼痛发生的外周感受器及其调节；转移癌与疼痛发生发展的关系；疼痛与精神障碍（焦虑、失眠、抑郁）的关系；针刺镇痛机理和疗效提高。