Ein Schwerpunkt am HZB sind Energiematerialien, insbesondere solche, die auf Dünnschicht-Technologien beruhen: zum Beispiel Materialien für die Dünnschicht-Photovoltaik oder Dünnschicht-Materialien für die Umwandlung von solarer Energie in Wasserstoff. Aber auch Materialien, die eine effizientere IT-Technologie ermöglichen, gehören dazu.

Das HZB betreibt außerdem große Infrastrukturen, die sowohl der eigenen Forschung als auch der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft zur Verfügung stehen. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Photonenquelle BESSY II, die aktuell zu BESSY-VSR weiterentwickelt wird.