在基本科學問題上，關于宇宙演化、物質(zhì)結構、意識本質(zhì)的探索有可能獲得重大突破。“揭開暗物質(zhì)、暗能量之謎，將是人類認識宇宙的又一重大飛躍，引發(fā)新的物理學革命。”白春禮分析說，科學家對量子世界的探索已從“觀測時代”走向“調(diào)控時代”，將在量子計算、量子通信、量子網(wǎng)絡、量子仿真等領域?qū)崿F(xiàn)變革性突破，成為解決人類對能源、環(huán)境、信息等需求的重要手段。而探索智力的本質(zhì)、了解人類的大腦和認知功能等基礎科學問題，一旦獲得突破將極大深化人類對自身和自然的認識，引起信息與智能科技新的革命。
能源與資源領域，將迎來后化石能源時代和資源高效、可循環(huán)利用時代。在可再生能源和安全、可靠、清潔的核能逐步代替化石能源的過程中有可能獲得突破。
在信息網(wǎng)絡領域，信息技術和產(chǎn)業(yè)正在進入一個轉(zhuǎn)折期，2020年前后可能出現(xiàn)重大的技術變革。“集成電路正在逐步進入‘后摩爾時代’，計算機逐步進入‘后PC時代’，互聯(lián)網(wǎng)進入‘后IP時代’是不可避免的發(fā)展過程，云計算的興起是信息技術應用模式的一場變革。”
先進材料和制造領域，未來30—50年，能源、信息、環(huán)境、人口健康、重大工程等對材料和制造的需求將持續(xù)增長，先進材料和制造的全球化、綠色化、智能化將加速發(fā)展，制造過程的清潔、高效、環(huán)境友好日益成為世界各國追求的主要目標。而其中的智能制造，即從分子層面設計、制造和創(chuàng)造新材料，與直接數(shù)字化制造結合，將產(chǎn)生爆炸性的經(jīng)濟影響。
農(nóng)業(yè)領域，農(nóng)業(yè)要進入生態(tài)高效可持續(xù)發(fā)展的時代，就要求在生物多樣性演化過程及其機理，高效抗逆、生態(tài)農(nóng)業(yè)育種科學基礎與方法，營養(yǎng)、土壤、水、光、溫與植物相互作用的機理和控制方法，食品結構合理演化等問題上取得突破。
人口健康領域，控制人口增長，提高人口質(zhì)量，保證食品、生命和生態(tài)安全，就要求通過疾病早期預測診斷與干預、干細胞與再生醫(yī)學等研發(fā)，攻克影響健康的重大疾病，將預防關口前移，走一條低成本普惠的健康道路。
白春禮特別強調(diào)，上述任何一個領域的突破性原始創(chuàng)新，都會為新科學體系的建立打開空間，引發(fā)新的科學革命。而上述任何一個領域的重大技術突破，都有可能引發(fā)新的產(chǎn)業(yè)革命，為世界經(jīng)濟增長注入新的活力，引發(fā)新的社會變革，加速現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展進程。
