Тематика исследований по физике элементарных частиц, проводимых в лаборатории теоретической физики (ЛТФ), определяется физическими программами международных экспериментальных коллабораций (LHC, RHIC, FAIR, K2K и т. д.) и базовых установок ОИЯИ, в первую очередь, – проекта NICA/MPD.
В центре внимания – прецизионная проверка стандартной модели, новая физика за ее пределами, структура адронов и спиновая физика, фазовые переходы в горячей и плотной адронной материи и смешанная кварк-адронная фаза, физика нейтрино, проблема темной материи и астрофизические аспекты физики элементарных частиц.
В программе лаборатории теоретической физики (ЛТФ) – исследования в квантовой теории поля и физике элементарных частиц, теории ядра, теории конденсированных сред, а также развитие методов математической физики. Возрастающую роль в исследованиях играет связь современной математической физики, физики частиц и ядра с астрофизикой и космологией.