“极端宇宙”主题。探索宇宙的起源与演化，揭示极端宇宙条件下的物理规律。优先发展方向包括暗物质与极端宇宙、宇宙起源与演化和宇宙重子物质探测。拟解决的重大科学问题包括暗物质粒子本质和宇宙高能辐射来源，暗能量的本质，动态宇宙探测与暂现源物理机制，宇宙黑暗时代和再电离历史，恒星及行星系统起源与演化，重子物质循环与反馈等。

　　“时空涟漪”主题。探测中低频引力波、原初引力波，揭示引力与时空本质。优先发展方向为空间引力波探测。拟解决的重大科学问题包括超大质量黑洞和种子黑洞的形成及其与宿主星系的协同演化，黑洞附近强引力场精细结构及致密天体的分布和物理性质，检验早期宇宙学模型等。

　　“日地全景”主题。探索地球、太阳和日球层，揭示日地复杂系统、太阳—太阳系整体联系的物理过程与规律。优先发展方向包括地球循环系统、地月综合观测、空间天气探测、太阳立体探测和外日球层探测。拟解决的重大科学问题包括太阳磁活动特性和磁周期起源机制，太阳风扰动的三维传播与演化规律，太阳风—磁层跨尺度能量传输和耗散的机理，磁层—电离层—热层耦合，地球系统多圈层跨尺度相互作用，太阳风—星际介质相互作用的过程和机理等。