本研究科には物理学、化学、機械工学、電気工学、建築・建設工学及び環境システム学の6専攻があり、理学・工学における高度の専門的学術の理論および応用を教育・研究しています。他専攻や他研究科の科目を履修することにより、専攻の枠を超えた研究も可能です。また、研究活動を支援する機関として連携研究センターや情報科学研究センターでの研究も行われています。

物理学の研究には、自然界の諸現象を基本的な法則に基づいて理解しようとする面と、自然科学の他の分野や様々な技術に応用して産業・経済に役立てようとする面とがあります。本専攻では、理論と実験のバランスを取ることにより広い視野を持つ人材を育成。理論系の院生と実験系の院生が一緒に受講する授業がかなり多いことも特徴となっています。宇宙線観測所といった施設や原子衝突実験装置をはじめとする様々な設備も充実。院生の学会やセミナーへの参加も積極的に推奨されています。

物性物理学（実験）系
●固体物性物理学、放射線物性物理学
天文・宇宙物理学系
●天体物理学、天文光学
基礎物理学系
●素粒子（理論）・ハドロン物理学、ハドロン分光学
●統計力学（理論）、場の理論、化学物理、生物物理
●超高エネルギー、宇宙線物理学

他の自然科学と同様に著しく発展している化学。生物学や物理学と重なる領域へと広がりつつある一方、専門領域が細分化、高度化している現状もあります。そこで学際性と専門性の双方を踏まえながら、学部レベルの知識から最前線の研究へとつなぐ教育で、基礎的な知識を応用できる人材の育成を目標としています。分野は、無機化学、有機化学、物理化学、分析化学の四つに大別。それぞれが新素材の物性研究、生物有機化学、遺伝子化学、光触媒化学、分光学、電気化学、分離分析法に分化されています。

分子生物化学
●クロマチンの機能、遺伝子発現制御機構
生体触媒化学
●酵素・微生物反応光学活性体の合成
生物有機化学
●糖化学、有機合成化学
構造生物学
●タンパク質化学、生体分子間相互作用
光触媒化学
●高度酸化技術を用いた有機汚染物質の分解メカニズムに関する研究
超音波化学
●超音波または光を用いた化学反応の研究
生物医学
●生物医学・化粧品・医薬品の無痛経皮導入法の開発
●医療機器の洗浄・消毒滅菌法の開発
無機・分析化学
●最新マススペクトロメトリー
●地球環境科学

機械工学の応用分野は、半導体の製作、生物工学に応用されるマイクロマシン、さらに高速輸送で経済的発展に貢献する自動車や鉄道、航空機にも存在します。21世紀に入って、資源浪費型の生活から資源循環型の環境に配慮した福祉社会への転換が迫られています。資源やエネルギのリサイクル装置の開発や福祉を目的としたロボットの研究、省エネを目的とした新しい形式のエンジン、環境にやさしい材料開発など、機械工学は時代が求める新しいテクノロジーへと適用範囲を広げています。

材料・ものづくり系
●各種新素材の材料物性および機械的性質に関する基礎的研究
●環境対応型機械加工技術の研究
●材料力学耐熱鋼の高温低サイクル疲労
●材料設計と材料の効果的利用と安全工学
システム・制御系
●乗り物、鉄道車両、自動車、自転車、オートバイ、移動ロボット、運動・制御、安全性
●システムデザイン、看護支援システム、感性工学
環境・エネルギー系
●エネルギー利用と安全
●電磁流体工学、熱流体工学、プラズマ工学
●環境に優しいエンジンや冷凍機の研究
●流体工学、流体機械

私たちの生活を確実に変えつつあるIT革命。これは加速的に進む半導体集積回路や各種電子デバイスの高性能化が、コンピュータや通信機器の小型化・高性能化をもたらし、さらにソフトウェアの高性能化とネットワークの発展が相まった結果
です。一方で、人類の活動は地球温暖化という環境への負荷をもたらし、電力・エネルギー・電動力のみならず、情報通信の分野でも環境を重視したものに変えていく必要があります。こうしたテーマに取り組み、適用範囲をますます広げつつ
ある分野が電気工学です。

半導体デバイス・電子材料工学分野
●半導体デバイスの1／fゆらぎ、非線形伝送線路
●強誘電体の電気物性
●ナノテクノロジー
電力・エネルギー・電動力工学分野
●輸送機関の電動機ドライブ
●超電導工学、低温工学
●電力システム工学
●プラズマ・核融合理工学、高強度レーザー応用
情報・通信工学分野
●生体情報工学
●画像記録工学
●視覚・映像情報工学
数理工学分野
●統計的方法の産業応用
●一般線形モデルにおける推定と検定

建築・建設工学専攻は、2008（平成20）年4月に誕生した新しい専攻です。よりよい住環境の創造、都市や社会基盤の構築、そして防災といった新しい時代が求める幅広い研究テーマに取り組みます。博士前期課程は、建築デザイン分野、構造工学・材料工学分野、土木工学分野の3分野、博士後期課程は、建築学・空間設計学領域、構造工学・材料工学領域の2領域を設け、履修モデルに沿って科目を選択しながらそれぞれの専門分野を深めます。

建築デザイン分野
●空間デザイン
●建築計画
●建築意匠
●建築史
●インテリアデザイン
構造工学・材料工学分野
●構造デザイン
●鋼構造学
●コンクリート工学
土木工学分野
●地震工学
●地盤工学
●防災工学

2008（平成20）年4月、従来の土木工学専攻をもとに誕生したのが環境システム学専攻です。環境に関する様々なテーマに取り組み、循環型社会への扉を開く高い理想を掲げて、高度な研究や技術開発に挑みます。特に急速な経済発展とともに環境問題への取り組みが急がれるアジア諸国にわが国の高度な技術を広めることが期待され、海外からの留学生も多数受け入れます。博士前期課程、博士後期課程ともに環境情報系、環境技術系の二つの系を設けて専門分野を深めます。

環境計画分野
●環境影響評価、都市計画、都市交通
●都市環境計画論、都市成長管理論、国土・広域計画論
地域情報分野
●局地気象解析、都市熱汚染制御、温暖化対策評価
●大気環境解析、大気環境モニタリング
生態・資源分野
●水環境保全技術、バイオエネルギー生成技術
●有用微生物利用技術、有害藻類低減化手法
●廃棄物管理、最終処分場技術、環境安全性評価試験法
環境化学分野
●有害金属の除去技術、吸着材の開発
●バイオマスリサイクル技術、炭・微生物による環境浄化