Традиционно, в связи с высокой степенью взаимодействия между подразделениями, некоторые темы, выполняемые в Институте, соответствуют нескольким уставным направлениям, то есть являются комплексными. На конец 2011 года Институтом разрабатывалось 6 тем, все они продолжены в 2012 году.

• Теоретическое изучение электронных, магнитных и решеточных свойств металлических систем с неоднородностями нанометрового размера на основе микроскопического квантовомеханического подхода;
• Атомная структура, химический состав и топография сверхтонких негомогенных оксидных пленок 3d-металлов, их сплавов и тонких нанокомпозитных пленок изоэлектронного ряда германия;
• Исследование влияния внешних воздействий на изменения электронной, атомной структуры, поверхностных сегрегаций систем на основе d- и f-металлов;
• Структура, фазовый состав, межфазные взаимодействия и физико-химические свойства наносистем на основе Fe и sp-элементов при деформационных и термических воздействиях;
• Структурно-фазовые превращения (термические, концентрационные, деформационные) и структурная наследственность в жидком, аморфном, нано- и кристаллическом состояниях;
• Исследование и реконструкция пространственной структуры, диагностика состояния материалов, природных сред и технических систем с использованием радиофизических, электромагнитных и акустических методов.

Институт активно работал в направлении привлечения дополнительного финансирования научных исследований путем участия в международных и национальных проектах и программах. В период с 2007 по 2011 годы выполнялись работы в рамках 98 проектов по 22 программе, в том числе:

• 14 – по проектам программ Президиума РАН и отделений РАН;
• 18 – по проектам программ Президиума УрО РАН (интеграционные, междисциплинарные и молодежные);
• 1 – по гранту Президента РФ;
• 2 – по проектам в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы» и «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».
• 17 – по грантам РФФИ;
• 8 – по региональным грантам РФФИ-Урал;
• 2 – по международным грантам РФФИ-Украина;
• 11 – грантам РФФИ по развитию материально-технической базы и проведению научных мероприятий;
• 21 – грантам РФФИ для участия научных сотрудников в работе научных мероприятий;
• 3 – работы по грантам РФФИ, выполненные по хоздоговорам;
• 1 - международный грант INTAS.