Le LCAR est un laboratoire de physique fondamentale centré autour de deux axes principaux : l'étude de l'interaction laser-matière et celle de structures et dynamiques moléculaires.

L'axe « interaction laser-matière » se focalise sur la manipulation d'ondes de matières et l'étude d'effets fondamentaux dans l'interaction en particulier en champ fort.
L'axe « Structures et dynamiques moléculaires » développe l'étude et la mesure de propriétés de systèmes complexes tels que des agrégats, des nanoparticules ou des molécules d'intérêt biologique dans leur environnement.

Les projets expérimentaux nécessitent des développements technologiques de pointe aussi bien dans le domaine de la détection de particules chargées que dans le domaine de l'optique, donnant lieu à des collaborations industrielles dans certains cas.

Les projets théoriques, qui s'articulent autour du développement de méthodes numériques et de codes de calcul, utilisent des moyens informatiques conséquents.