La mission historique confiée au CEA a irrigué plusieurs domaines de recherche en lien direct ou indirect avec les sciences de l’atome. Aujourd’hui le nucléaire reste un sujet d’étude central du CEA. Mais pour accomplir sa mission, l’organisme a dû élargir le champ de ses recherches en physique, en chimie et en biologie et développer de nouvelles connaissances en microélectronique, dans les matériaux, les nouvelles technologies de l’énergie, par exemple.
Depuis sa création, le CEA constitue donc un acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, au service de grands enjeux stratégiques et industriels de notre pays.
Le CEA intervient aujourd’hui dans quatre domaines : la défense et la sécurité, les énergies bas carbone (nucléaire et renouvelables), la recherche technologique pour l’industrie et la recherche fondamentale en sciences de la matière et sciences de la vie.