实验室的科学研究方向为动态结构化学与动态结构生物化学、结构生物化学和功能体系分子工程学。实验室的研究领域为：结构生物化学，单分子检测技术及其在生物体系中的应用，化学和生物体系中快速与超快速过程和瞬态结构研究，多核过渡金属化合物的合成与结构研究，功能体系的结构、表面和过程的研究和气相原子分子反应中瞬态物种结构研究等。
分子动态与稳态结构国家重点实验室经过多年的努力，已建立起一支年龄、专业和层次结构合理的研究队伍，包括教育部长江奖励计划特聘教授2人，国家杰出青年基金获得者9人，中国科学院百人计划入选者3人，具有博士学位者23人。现有固定人员32人，其中研究人员28人，技术与管理人员4人。实验室现有物理化学学科及化学生物学学科硕士点、博士点和博士后流动站，有博士生导师17人，已培养硕士及博士毕业生300余人。
实验室主持并承担多项国家重大项目，包括攀登项目，973项目，863项目，自然科学基金重大、重点课题、面上项目，国家杰出青年基金，教育部教育振兴项目和中国科学院创新项目等。实验室长期致力于开拓国内外学术交流渠道，通过执行国家级国际合作项目和承担国家科研任务,与国内外高水平研究机构和科学家进行合作研究，在提升重点实验室科研水平和培养人才方面发挥了重要作用。
在化学、生物体系中超快过程，时间分辨ESR，UPS、生物功能体系等方面的研究中与美、英、日、澳大利亚、以色列、奥地利等国家科学家积极合作，正在执行中国-奥地利政府合作项目、中国-丹麦政府合作项目，中国-法国先进合作计划、中国-韩国基金会合作项目等。与日本大阪大学蛋白质研究所签有双边合作协议。每年有30余人次出国访问、合作研究和进修，接待20余人次国外科学家来访。
实验室的目标是在分子动态与稳态结构的基础研究及应用基础研究方面取得具有创新性的重要成果，成为国际结构化学研究领域具有重要影响力的研究中心及团体之一。