实验物理中心主要从事实验粒子物理学的研究，同时也是探测器、 核电子学、高速数据读出与处理、大型超导磁铁等相关技术的研发基地。
中心主要承担北京谱仪（BESIII）、大亚湾中微子实验（Daya Bay）、江门中微子实验（JUNO）的设计、建造、运行维护和物理 分析，以及中国散裂中子源（CSNS）靶站和谱仪的研制，并参与 国外大型高能物理实验的合作研究，如：LHC 上的 ATLAS、KEK 的 Belle 和 BelleII 以及 FAIR 上的PANDA 实验。同时，中心积极投入未来高能物理前沿的研究。
北京谱仪国际合作组包括来自国内外50余所大学和研究机构的400余名科学家，利用北京正负电子对撞机上运行的北京谱仪，在 2-4.6GeV 能区的正负电子对撞物理实验研究取得了重要科研成果。
大亚湾中微子实验研究反应堆中微子振荡，2012 年发现了新的中微子振荡模式。正在建设中的江门中微子实验具有丰富的科学目标和更广泛的国际合作。
环形对撞机（CEPC）是面向未来的大型设施，其核心是周长为 100km 的环形对撞机。中心在 CEPC 的探测器预研和模拟分析上发挥核心作用。