En este departamento se desarrollan diversas líneas de investigación en constante evolución. Estas abarcan desde estudios numéricos en relatividad general y teoría cuántica de campos hasta investigaciones teóricas en gravedad clásica y cuántica, física matemática, cosmología y mecánica cuántica, además de aplicaciones en sistemas complejos.
En el ámbito de la física computacional, se simulan sistemas con campos gravitacionales intensos y dinámicos, como por ejemplo la colisión de objetos compactos como agujeros negros y estrellas de neutrones, y la emisión de ondas gravitacionales. Se estudian también objetos exóticos como las estrellas formadas por campos escalares, y se investiga sobre los efectos de distintas teorías modificadas de la gravedad en este tipo de sistemas.
En física cuántica, se realizan simulaciones de sistemas de partículas elementales y de estados sólidos, descritos por campos cuánticos, con el objetivo de explorar el régimen de acoplamiento fuerte y de efectos topológicos, donde los métodos perturbativos no son aplicables.
En el contexto de la mecánica estadística, se investigan algoritmos genéticos y la cienca de datos.
En el ámbito de la gravedad, la física matemática y la cosmología, se han propuesto mecanismos para explicar cómo surgió la estructura observable del universo a partir de un estado inicial cuántico. Otras líneas de investigación exploran posibles alternativas a la teoría de la relatividad general, así como la naturaleza de la materia y la energía oscuras, la formulación geométrica de la termodinámica, las ondas gravitacionales, la hidrodinámica relativista y el análisis de sistemas astrofísicos. También se estudian la causalidad y las singularidades en agujeros negros, así como la cuantización topológica.
En el contexto de la mecánica cuántica, se han estudiado sistemas moleculares en campos magnéticos intensos, la teoría de modelos cuasi-solubles, y fases geométricas asociadas a parámetros cuánticos Un enfoque especial se ha dedicado a cuestiones conceptuales de la mecánica cuántica, como el colapso de la función de onda. Otros temas de interés incluyen los estados coherentes, los haces entrelazados y la computación cuántica. El problema de muchos cuerpos se estudia tanto en la mecánica clásica como en la cuántica.
En el ámbito médico, se aplican métodos estadísticos para analizar datos relacionados con la propagación de epidemias y otras enfermedades.