本重点实验室是集功能材料设计制备与表征、功能器件研制和功能材料与器件辐射效应研究为一体的实验室，在敏感材料及器件、非线性光学材料与器件、材料与器件辐射物理方面具有鲜明特色。实验室重点开展以下三个方向的研究：
1. 敏感材料与元器件方向：
本方向针对航天高温高真空、深低温、宽温区温度测量，海洋快响应、耐腐蚀等，汽车高温温度测量对热敏电阻及温度传感器特殊应用需求，通过对敏感材料热学、电学、光学等宏观性质与材料结构、电子状态之间关联性的研究，揭示材料敏感特性的微观机理，对材料配方、敏感基元成型、多层结构设计和封装工艺等关键技术持续不断的创新，研发出了耐高温真空热敏电阻器、深低温热敏电阻器及温度补偿组件、深海快响应热敏电阻器；缆式温度链、冷泉区温度链、热液口温度探针、汽车温度传感器等产品，应用于暗物质粒子探测卫星（悟空）、“北斗”系列卫星等几乎我国所有卫星、“神舟”系列飞船、“嫦娥”探月工程、“天宫”实验室、“长征”系列火箭等国家所有重要航天工程；在海洋领域，应用于“蛟龙号”载人潜水器、国产xbt仪、国产ctd仪，最新研制的缆式温度链、冷泉区温度链、热液口温度探针分别于2016年、2017年、2018年随“科学号”科考船完成西太平洋深海环境勘察任务。在汽车领域，与内地企业进行合作，实现了温度传感器在汽车领域的应用，这些具有我国自主知识产权的系列产品的研制成功，打破了国外技术封锁，推动了我国建设航天海洋强国事业的发展，并在汽车民用领域具有非常广阔的应用前景。研究成果荣获2015年度中国科学院科技促进发展奖-科技贡献二等奖，2020年度自治区科技进步一等奖。
2. 非线性光学材料与器件方向：
根据紫外、红外波段非线性光学晶体在大倍频、宽波段、高透过率、高激光损伤阈值等方面的共性要求，通过对紫外、红外非线性光学晶体材料的组成结构、生长规律、功能性质及其相互关系的探索，揭示该波段非线性光学晶体结构、性质、生长及其性能间的关系规律，发展相关新型晶体材料和器件技术，获得一系列具有自主知识产权的紫外、红外波段非线性光学晶体，为若干该波段功能晶体和元器件推向应用奠定科学技术基础。新疆自治区自然科学一等奖2项。
3. 材料与器件辐射物理方向：
材料与器件辐射物理研究方向是新疆理化所的特色优势学科。面向国家需求，瞄准半导体科学和技术前沿，与国内外科研机构及工业部门密切合作，致力于解决用于辐射环境的半导体器件研制和应用中面临的关键科学与技术问题，为新型元器件研发和辐射环境中的可靠性保障提供理论基础和方法技术支撑，是国家相关部门指定的辐射效应评估单位。是国内唯一的辐射物理专业硕、博士研究生培养点。基于国际先进的射线与粒子辐照装置及半导体材料与器件测试平台，开展射线与物质相互作用、半导体材料辐照缺陷机制、电子器件辐射效应机理与试验评估研究，为宇航器件研发、卫星研制、核工业装备制造打下基础。近年来，开展了新型半导体材料、器件的辐射效应基础性、前瞻性研究，研制了抗辐射加固电子系统及装备，促进了重点实验室发展。相关研究成果处于国际先进、国内领先地位，为提升自治区科技力量，服务国家航天、核工业发展贡献力量。