中国科大致力于创建一流研究型大学，积极探索建立起严谨、科学和富有活力的创新运行体制，是国家最重要的科研基地之一。
建有国家同步辐射实验室、合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）两个国家实验室*，以及火灾科学国家重点实验室、国家高性能计算中心（合肥）等国家级重点科研机构，其中国家同步辐射实验室是国家唯一建在大学中的大科学工程，合肥微尺度物质科学国家实验室是国家科技部首批试点建设的五个国家实验室之一。目前，科大是全国唯一拥有2个国家实验室的大学。
此外，中国科大还拥有选键化学、结构生物学、量子信息等7个中国科学院重点实验室和4个省重点实验室，以及中国科学院热安全工程技术研究中心。
“十五”期间，学校的科研规模迅速扩大，承担国家重大科技项目的能力不断增强。承担了国家同步辐射实验室二期工程、HT-7U超导托卡马克、大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜、东半球空间环境地面综合监测子午链等国家大科学工程建设项目，以及“火灾动力学演化与防治基础”和“量子通信与量子信息技术”等国家“973计划”、“863计划”、共承担各类项目1430余项，其中重大重点项目达110余项；获国家基金委优秀创新群体5个，杰出青年基金获得者20位，教育部创新团队4个，新世纪优秀人才43位。
1978年以来，我校相继涌现出一批令人瞩目的重要原创性成果。共有556多项成果获得国家级或院省部级奖励。特别是近5年来，在单分子物理化学、纳米和材料科学、量子信息和无线通信、火灾科学与防治技术、生命科学、极地考察与研究等领域，取得了一批具有世界领先水平的原创性成果，有32项成果获得国家级奖励，12项成果15次入选中国十大科技进展、中国基础科学研究十大新闻和中国高校十大科技进展，是入选中国年度十大科技进展和中国年度十大基础研究进展成果数最多的高校。科大每年在国际上发表科技论文及被引用情况保持在全国高校前列，人均发表论文数全国高校第一。其中在高影响因子等级区域发表论文数连续位居全国高校前列。在1996-2000年间，在纳米科学领域发表的论文数在世界大学和科研机构中排名第二。1998－2002年间，火灾科学国家重点实验室被SCI收录论文数位居世界同类机构第二，实验室作为中国唯一受邀单位参加美国世贸中心重建的国家安全计划。1998-2005年，科大在世界顶尖学术杂志——美国的Science与英国的Nature上发表论文12篇，其中第一作者单位论文数8篇。科大是国内唯一有成果入选国际物理学十大科技进展的大学（2003年、2004年）。
我国专利法实施以来至2005年，我校共申请职务专利741件，其中发明专利478件，已获得授权406件，其中发明专利182件。
除了基础研究方面原创性成果迭出，学校还积极进行高新技术跟踪与研究，努力促进科技成果的转化应用和技术开发，巩固和发展了与大庆石油管理局、石化总公司、宝钢集团、联想集团、海尔集团等著名大中型企业的合作关系。设立了合肥国家大学科技园、漯河高科技园区、上海研发中心和深圳福田产学研基地等，积极为区域经济建设服务。
近年来，中国科学院不断探索“全院办校，所系结合”的新途径、新模式和新内涵，科大与中科院研院所在研究人员互聘、共同组织重大课题、联合建立实验基地、科研资源相互开放等方面，开展了多层次、全方位、实质性的合作，卓有成效。
为了创新人才培养和学科交叉提供良好的实验条件和研究环境，中国科大近年来按照集中投入、统一管理、开放公用的模式，重点建设了理化科学、生命科学、信息科学、工程科学等4个公共实验中心，购置了一批在相关领域内急需的、通用的，而一般科研课题又无力购买的大中型仪器设备，为全校的学科建设，包括重大项目研究和自由探索研究服务。
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