上海應(yīng)物所是國立綜合性核科學(xué)技術(shù)研究機構(gòu)，以釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)、高效能源存儲與轉(zhuǎn)換等先進能源科學(xué)技術(shù)為主要研究方向，同時兼顧核技術(shù)在環(huán)境、健康、材料領(lǐng)域的若干前沿應(yīng)用研究，致力于熔鹽堆、釷鈾燃料循環(huán)、核能綜合利用等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。研究所總體發(fā)展目標(biāo)是用15年左右時間，以提高核能安全性、核燃料長期供應(yīng)及放射性廢物最小化為目標(biāo)，在國際上率先實現(xiàn)釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）的系統(tǒng)驗證和工業(yè)應(yīng)用。

分為研究部門、支撐部門、管理部門三大類。建有“中國科學(xué)院微觀界面物理與探測重點實驗室”、“上海市低溫超導(dǎo)高頻腔技術(shù)重點實驗室”。按照中國科學(xué)院“率先行動”計劃，依托上海應(yīng)物所成立了“中國科學(xué)院先進核能創(chuàng)新研究院”

截至2020年底，上海應(yīng)物所共有在職職工703人。其中科技人員453人、科技支撐人員175人，包括研究員及正高級工程技術(shù)人員79人、副研究員及高級工程技術(shù)人員192人。在站博士后8人。上海應(yīng)物所是1981年國務(wù)院學(xué)位委員會批準(zhǔn)的博士、碩士學(xué)位授予權(quán)單位之一，現(xiàn)設(shè)有物理學(xué)、核科學(xué)與技術(shù)等2個專業(yè)一級學(xué)科博士研究生培養(yǎng)點，無機化學(xué)專業(yè)二級學(xué)科博士研究生培養(yǎng)點，粒子物理與原子核物理、光學(xué)、核技術(shù)及應(yīng)用、核能科學(xué)與工程、無機化學(xué)、高分子化學(xué)與物理、生物物理學(xué)、信號與信息處理、光學(xué)工程、電磁場與微波技術(shù)等14個專業(yè)二級學(xué)科碩士研究生培養(yǎng)點，共有在學(xué)研究生487人。

上海應(yīng)物所承擔(dān)中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）”，研究和發(fā)展相關(guān)核能科學(xué)與技術(shù)，打造TMSR全產(chǎn)業(yè)鏈，目標(biāo)是成為擁有最先進、最完備實驗設(shè)施和條件，以工業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)的世界級釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)的研究中心。上海應(yīng)物所還承擔(dān)“變革性潔凈能源技術(shù)與示范”、上海光源線站工程（二期）、X射線自由電子激光試驗裝置工程、X射線自由電子激光用戶裝置工程、首臺國產(chǎn)質(zhì)子治療示范裝置研制項目，國家重點研發(fā)項目，基金委重大項目等國家重要科研任務(wù)。

建所以來共取得科研成果600余項，成功研制出我國第一臺自行設(shè)計建造的1.2米回旋加速器，后改建為1.4米等時性回旋加速器并在其上完成新核素Pt-202的合成與鑒別，實現(xiàn)了我國在新核素合成領(lǐng)域零的突破；研制成功世界上第一臺超靈敏小型回旋加速器質(zhì)譜儀；研制生產(chǎn)出我國第一個載入國家藥典的放射性藥物。承建并運行的上海光源是一臺高性能的中能第三代同步輻射光源，由中國科學(xué)院與上海市政府共同向國家建議和建設(shè)，于2004年底開工，按期于2009年4月竣工。上海光源是目前世界上性能最好的第三代中能同步輻射光源之一，也是我國迄今為止用戶最多的大科學(xué)裝置，是面向國內(nèi)外用戶開放的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施和大型科學(xué)研究平臺。獲各類科技獎項200余項。上海光源國家重大科學(xué)工程及其團隊榮獲“2011年度中國科學(xué)院杰出科技成就獎”、“2012年度上海市科技進步特等獎”、“2013年度國家科技進步一等獎”；“重離子核反應(yīng)的集體效應(yīng)、奇異核產(chǎn)生及其性質(zhì)研究”、“重質(zhì)量豐中子新核素的合成鑒別和研究”獲國家自然科學(xué)二等獎；“相對論重離子碰撞中的反物質(zhì)探測和夸克物質(zhì)的強子譜學(xué)與集體性質(zhì)研究”、“多元、協(xié)同生物傳感界面的設(shè)計、組裝及生物分析應(yīng)用研究”獲上海市自然科學(xué)一等獎；“全相干自由電子激光的前沿實驗研究與新原理探索”榮獲2018年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。“上海光源國家重大科學(xué)工程”、“突破釷基核能系統(tǒng)核心技術(shù)，建成原型系統(tǒng)”入選中科院“十二五”重大科技成果及標(biāo)志性進展?！昂铣尚潞怂劂K-202”、“發(fā)現(xiàn)反氦核”、“建成上海光源”和“釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)研發(fā)”等四個成果入選“中國科學(xué)院改革開放40年40項標(biāo)志性科技成果”。

上海應(yīng)物所堅持開展多層次全方位的國際交流與合作，與英國、瑞士、德國、意大利、俄羅斯、美國、澳大利亞、日本、韓國、新加坡、泰國、巴西等國家的科學(xué)研究機構(gòu)建立了正式的所級合作關(guān)系，如美國橡樹嶺國家實驗室，英國DIAMOND，瑞士PSI，德國BESSY-II，意大利ELETTRA、INFN，日本的SPring-8、KEK、韓國PLS、新加坡SSLS、澳大利亞的Aus Synch、美國的BNL、ANL、LBNL、SLAC。先進核能創(chuàng)新研究院與美國麻省理工學(xué)院（MIT）、俄羅斯門捷列夫化工大學(xué)、英國曼徹斯特大學(xué)、加拿大核科學(xué)實驗室簽訂了合作協(xié)議。

主辦《核技術(shù)》《核科學(xué)技術(shù)（英文版）》《輻射研究和輻射工藝學(xué)報》等學(xué)術(shù)刊物。上海市核學(xué)會、中國核學(xué)會輻射研究與輻射工藝學(xué)分會掛靠本所。