暗物質和暗能量
科學的發展一直秉持着一條這樣的路線，科學發展越快，越感覺我們所看到的的世界是狹窄的，就好像井底之蛙一樣。就比如説天文學，原本古人認為地球是宇宙的中心，後來發現不對，太陽是宇宙的中心，後來又發現不對，宇宙可能沒有中心。再後來發現，宇宙有個炙熱的開端，可能也一個結局。但這還沒完，科學家進一步發現，連我們看到的宇宙都不是全部的宇宙，從空間上看，我們只能看到一小部分的宇宙，也就是可觀測宇宙。
現在各國都在發展技術，希望能夠觀測到暗物質或者暗能量，大多都是千億級別的科研項目。如果有朝一日，我們能夠真正搞懂暗物質和暗能量，那一定是轟動整個世界的科學發現，這意味着人類的視野將進一步打開，瞭解更為廣闊的物質世界，很有可能大幅度促進理論物理學和宇宙學的發展。
引力波和中微子
之前LIGO發現引力波，可以説已經震驚了整個世界。但是，我們現在的技術僅限於觀測到兩個黑洞合併或者兩個中子星合併的引力波，這都屬於對空間有巨大擾動的引力波，算是探測引力波入門級的難度。
上文也提到，在空間上和物質世界中，我們的觀測都是有瓶頸的。不僅如此，在時間上也是。在愛因斯坦的狹義相對論當中，時間和空間被並稱為時空，可以把它們看成一體。可觀測宇宙是930億光年（理論值，考慮到宇宙膨脹效應，所以要大於138億光年），其中我們通過觀測電磁波的範圍其實是922億光年，剩餘的8光年就需要用到引力波。之所以還會相差8光年，就在於電磁波是在宇宙大爆炸之後38萬年後才開始在宇宙傳播，而引力波從宇宙大爆炸那刻起，就開始在宇宙傳播。因此，對於宇宙早期的引力波的觀測，可以讓我們知道宇宙早期發生了什麼。
但這需要我們大幅度提升觀測引力波的技術，中國，美國以及歐航局都打算在這方面投入巨資建設觀測設備，這些設備的價值也都會在千億級別。
除了可以通過觀測引力波觀測宇宙早期的情況，其實對於中微子的觀測也可以，中微子由於不參與電磁相互作用，只參與弱相互作用，所以在宇宙早期就開始在宇宙中傳播，因此，如果可以捕捉到宇宙早期的中微子，我們也可以瞭解到宇宙早期的情況。
對於引力波和中微子的觀測技術的提升，也將極大程度上提升人類對於宇宙的認識的提高，如果科學能夠捕捉到宇宙早期的引力波和中微子，也就會轟動整個世界。
可控核聚變
每一次能源技術的大規模提升，都會帶來整個世界的劇烈變革。最早瓦特的蒸汽機就是如此，引發了第一工業革命，後來我們有了第二次工業革命，人類進入了電力時代。
而如今對於能源使用依舊是一個比較大的問題，由於沒有足夠高效的能源，因此想要實現載人飛船飛到火星都很困難，更不要説飛出太陽系了。
可以預見到的是，下一次能源革命很有可能是可控核聚變，可控核聚變反應不僅在能源效率上遠遠高於化石能源，而且還很清潔。太陽之所以温和地燃燒着，就是內核在進行可控核聚變反應。但是要在地球上實現可控核聚變在技術層面上是非常難的。我們國家就一直在大力發展這方面的相關研究。如果可控核聚變能夠做出來，對於整個人類文明來説都是一次極大地促進。
對於人體的認識
上世紀就一直有一種説法：21世紀是分子生物的世紀。雖然10多年過去了，好像並沒有什麼特別大的進展，但是在未來應該説是一定會有重大突破的。
人體的複雜程度是超乎一般人想象的，科學家之前完成了30億個鹼基對的測序（也就是人類基因組計劃），而這些鹼基對的排序到底有什麼意義，如何解讀，目前還沒有頭緒，還需要進一步的研究。
其次就是歐洲人類大腦項目，各國科學家紛紛加入，建立人類大腦的神經功能圖譜，這當中包含了850億個獨立的細胞。
如果，未來科學家能夠完全掌握這個30億個鹼基對和850億個獨立的腦細胞對應的原理，那麼生物學的發展將會大幅度的發展。
以上只是列舉了一部分，其實還有很多研究也是十分重要的，比如説：超導，人工智能，量子計算機等等。