本学科针对实验室以及自然界中的各种等离子体物理现象，围绕能源与空间开发方面的人类生存与发展的重大需求及相关国家重大科学研究计划，以聚变能源开发、地球空间环境、宇宙天体演化、高新技术产业中的等离子体物理过程为主要研究对象，通过理论、数值模拟与实验观测进行深入研究。
北京大学等离子体物理学科是1950年代后期根据国家核聚变研究发展的需要，在胡济民先生亲自关心和指导下发展起来的（包括当时技术物理系的核聚变教研室和物理系理论物理的磁流体力学方向），是全国高校中最早建立的等离子体物理学科之一。后来又在地球物理系发展了空间等离子体物理研究方向。随着中国于2006年正式参与国际热核聚变实验反应堆（ITER）计划，学科得到进一步加强，逐渐形成以磁约束核聚变研究为主，还包括空间与天体等离子体、高能量密度等离子体物理以及计算等离子体物理等4个方向：
1．聚变等离子体物理
核聚变研究是关系人类未来能源、国家长期可持续发展战略以及等离子体基本理论与应用的重要领域，是与一些国家重大科学工程相关的科学技术研究的基础。本研究方向主要在国家有关重大专项及国际合作专项的支持下开展聚变等离子体物理基础研究，目前承担了ITER计划专项国内配套项目、973、惯性约束聚变等多项国家科研项目，致力于培养一批拥有全面、均衡和高水平的实验、理论、及计算模拟研究能力的聚变人才。
2．空间与天体等离子体物理
等离子体是宇宙中物质存在的主要形式。本方向以空间和天体等离子体为研究对象，通过分析卫星及地面观测结果，结合空间物理、天体物理和基本等离子体物理理论，进行分析综合，了解等离子体物理的基本规律。目前本方向承担了国家基金委重点项目等，在磁重联、磁层物理、太阳风湍流等方面具开展研究。
3．高能量密度等离子体物理
高能量密度等离子体物理主要基于实验、理论和数值模拟等方法，研究能量密度超过10万焦耳/立方厘米极端条件下高能量密度等离子体物理特性及变化规律的科学，是近年发展起来的重要交叉前沿领域。本方向主要研究超强激光束（或超强粒子束流）与物质作用下强场物理（包括超强电磁场的产生、相对论带电粒子加速、强场下原子电离等）和物质特性，也包括某些高能量密度天体物理现象的模拟。本方向学术带头人为北京大学应用物理与技术中心主任贺贤土院士。
4．计算等离子体物理
由于等离子体物理体系的复杂性，计算与大规模计算机模拟从来就是等离子体研究的一个不可或缺的部分，也是高性能计算领域的重要应用方向之一。大规模聚变模拟对计算能力提出了更高的要求，反过来又促进了超级计算硬件和软件的研究和发展。本方向学术带头人为北京大学长江讲座教授，美国加州大学Irvine大学教授林志宏。
