本学科研究对象包括与核能及核技术应用相关的各个方面。其中核能科学与工程领域主要研究核能的产生、有效利用及其安全性和相关的核技术与工程问题；核燃料循环与材料领域主要研究核裂变和核聚变燃料循环各环节中的科学和技术问题；核技术及应用领域主要研究带电粒子的产生和加速、辐射产生机理、射线与物质的相互作用、辐射成像、辐射探测方法和辐射信息处理等问题；辐射防护及环境保护领域主要研究放射性和有毒有害物质的防护与污染控制等问题。

本学科的理论知识基础主要包括反应堆物理、反应堆热工水力、反应堆结构、反应堆控制、反应堆安全分析、聚变堆工程与等离子体物理、核燃料循环及材料学、同位素分离、核化学化工、粒子加速器及应用、核医学仪器及应用、辐射效应与辐照加工技术、辐射成像学、同步辐射及应用、辐射剂量学、环境风险分析、核废物及危险废物控制工程、核设施概率安全评价、辐射探测学等。

本学科的研究方法一般为理论与实验相结合的方法，具体的研究过程一般包括实验及实验数据的获取和修正（例如基本核数据和材料数据等）、物理模型的建立（通过理论分析建立描 述物理过程的数学模型）、数学计算分析（理论分析或数值计算）和先进的设计（系统设计、优化设计、模块设计、计算机辅助设计等）。