“功能Pi－体系的分子工程”专项，通过新材料分子结构设计，突破经典材料体系光伏效率低于12%的瓶颈，被Nature期刊评述为“创造纪录性的光伏效率”。
“结构和功能导向”专项，首次提出的催化不对称去芳构化概念，为发掘潜在药物分子的全新骨架提供了可能。
“能源化学转化的本质与调控”专项，研制成功世界首台极紫外自由电子激光装置，为能源、化学、物理、生物、环境等相关科学研究提供独特的工具，推动我国成为这一领域的世界级研究中心。
“青藏高原多全圈层相互作用及环境效应”专项，提出了印度—欧亚大陆碰撞时限、方式和过程的新模式，改写了国际上普遍接受的碰撞时限和方式，为第二次青藏高原综合考察及泛三极国际合作奠定了基础。
“页岩气勘探开发基础理论与关键技术”专项，在贵州习水钻探到优质含气页岩层段，为进一步探明区块的页岩气储量奠定了基础。
“大气灰霾追因与控制”专项，提出了区别于伦敦烟雾和洛杉矶光化学烟雾的第三类霾化学烟雾的概念模型和理论框架，引领了我国后续一系列大气污染防控研究，并为APEC等一系列重大国际活动提供环境保障和支撑。
“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”专项，利用我国自主研发的“海翼号”水下滑翔机，3次突破水下滑翔机的世界下潜深度纪录，带领中国深渊科考迈进万米时代。
“脑功能联结图谱及类脑智能研究”专项，首次证明了臂旁核是大脑处理痒觉信息环路中的关键节点，为深入解析大脑中痒觉信息加工处理机制奠定基础，为寻找潜在治疗靶点提供了新的方向。
“作物病虫害的导向性防控－生物间信息流与行为操纵”专项，发现飞蝗聚群效应表观调控新机制，首次发现细菌识别植物激素受体，开辟新的研究领域。
“动物复杂性状的进化解析与调控”专项，揭示了哺乳动物胚胎染色体三维结构重编程规律，解决了使用少量细胞建立3D染色体结构图谱的难题，并首次发现染色体的高级结构与DNA甲基化的关联。
“细胞命运可塑性的分子基础与调控”专项，首次发现Piwi基因突变致男性不育并揭示了其致病机理，为此类男性不育症的精准医疗提供了理论基础和方法。
