暗物质和暗能量
科学的发展一直秉持着一条这样的路线，科学发展越快，越感觉我们所看到的的世界是狭窄的，就好像井底之蛙一样。就比如说天文学，原本古人认为地球是宇宙的中心，后来发现不对，太阳是宇宙的中心，后来又发现不对，宇宙可能没有中心。再后来发现，宇宙有个炙热的开端，可能也一个结局。但这还没完，科学家进一步发现，连我们看到的宇宙都不是全部的宇宙，从空间上看，我们只能看到一小部分的宇宙，也就是可观测宇宙。
现在各国都在发展技术，希望能够观测到暗物质或者暗能量，大多都是千亿级别的科研项目。如果有朝一日，我们能够真正搞懂暗物质和暗能量，那一定是轰动整个世界的科学发现，这意味着人类的视野将进一步打开，了解更为广阔的物质世界，很有可能大幅度促进理论物理学和宇宙学的发展。
引力波和中微子
之前LIGO发现引力波，可以说已经震惊了整个世界。但是，我们现在的技术仅限于观测到两个黑洞合并或者两个中子星合并的引力波，这都属于对空间有巨大扰动的引力波，算是探测引力波入门级的难度。
上文也提到，在空间上和物质世界中，我们的观测都是有瓶颈的。不仅如此，在时间上也是。在爱因斯坦的狭义相对论当中，时间和空间被并称为时空，可以把它们看成一体。可观测宇宙是930亿光年（理论值，考虑到宇宙膨胀效应，所以要大于138亿光年），其中我们通过观测电磁波的范围其实是922亿光年，剩余的8光年就需要用到引力波。之所以还会相差8光年，就在于电磁波是在宇宙大爆炸之后38万年后才开始在宇宙传播，而引力波从宇宙大爆炸那刻起，就开始在宇宙传播。因此，对于宇宙早期的引力波的观测，可以让我们知道宇宙早期发生了什么。
但这需要我们大幅度提升观测引力波的技术，中国，美国以及欧航局都打算在这方面投入巨资建设观测设备，这些设备的价值也都会在千亿级别。
除了可以通过观测引力波观测宇宙早期的情况，其实对于中微子的观测也可以，中微子由于不参与电磁相互作用，只参与弱相互作用，所以在宇宙早期就开始在宇宙中传播，因此，如果可以捕捉到宇宙早期的中微子，我们也可以了解到宇宙早期的情况。
对于引力波和中微子的观测技术的提升，也将极大程度上提升人类对于宇宙的认识的提高，如果科学能够捕捉到宇宙早期的引力波和中微子，也就会轰动整个世界。
可控核聚变
每一次能源技术的大规模提升，都会带来整个世界的剧烈变革。最早瓦特的蒸汽机就是如此，引发了第一工业革命，后来我们有了第二次工业革命，人类进入了电力时代。
而如今对于能源使用依旧是一个比较大的问题，由于没有足够高效的能源，因此想要实现载人飞船飞到火星都很困难，更不要说飞出太阳系了。
可以预见到的是，下一次能源革命很有可能是可控核聚变，可控核聚变反应不仅在能源效率上远远高于化石能源，而且还很清洁。太阳之所以温和地燃烧着，就是内核在进行可控核聚变反应。但是要在地球上实现可控核聚变在技术层面上是非常难的。我们国家就一直在大力发展这方面的相关研究。如果可控核聚变能够做出来，对于整个人类文明来说都是一次极大地促进。
对于人体的认识
上世纪就一直有一种说法：21世纪是分子生物的世纪。虽然10多年过去了，好像并没有什么特别大的进展，但是在未来应该说是一定会有重大突破的。
人体的复杂程度是超乎一般人想象的，科学家之前完成了30亿个碱基对的测序（也就是人类基因组计划），而这些碱基对的排序到底有什么意义，如何解读，目前还没有头绪，还需要进一步的研究。
其次就是欧洲人类大脑项目，各国科学家纷纷加入，建立人类大脑的神经功能图谱，这当中包含了850亿个独立的细胞。
如果，未来科学家能够完全掌握这个30亿个碱基对和850亿个独立的脑细胞对应的原理，那么生物学的发展将会大幅度的发展。
以上只是列举了一部分，其实还有很多研究也是十分重要的，比如说：超导，人工智能，量子计算机等等。