高エネルギー物理実験、放射光科学、中性子科学などの先端的研究では、絶対零度に近い-269℃の液化ヘリウムが利用され、また超伝導を始めとする極低温技術が多用されています。超伝導低温工学センターでは、本機構が推進する研究プロジェクトに参加して、高エネルギー加速器や粒子検出器などの大型実験装置で必要とされる超伝導磁石や極低温機器の開発研究、建設、運転を行っています。また、将来の高エネルギー加速器計画に向けて、高磁場、高放射線の環境下で安全・安定に運用できる超伝導磁石や極低温装置の開発研究に力を入れています。一方で超流動ヘリウムや極低温下での材料物性といった基礎的な研究も積極的に行っています。
機構の研究活動支援としては、大型ヘリウム液化装置3台（つくば2、東海1）を運用し、年間およそ15万リットルの液化ヘリウムを研究グループ、実験ユーザーに供給しています。
国内外との研究協力も積極的に推進しており、これまでにCERN-LHC加速器最終ビーム収束用四極磁石システム、東京大学宇宙線研究所の大型極低温重力波望遠鏡KAGRAの建設に大きく貢献してきました。
