在基本科学问题上，关于宇宙演化、物质结构、意识本质的探索有可能获得重大突破。“揭开暗物质、暗能量之谜，将是人类认识宇宙的又一重大飞跃，引发新的物理学革命。”白春礼分析说，科学家对量子世界的探索已从“观测时代”走向“调控时代”，将在量子计算、量子通信、量子网络、量子仿真等领域实现变革性突破，成为解决人类对能源、环境、信息等需求的重要手段。而探索智力的本质、了解人类的大脑和认知功能等基础科学问题，一旦获得突破将极大深化人类对自身和自然的认识，引起信息与智能科技新的革命。
能源与资源领域，将迎来后化石能源时代和资源高效、可循环利用时代。在可再生能源和安全、可靠、清洁的核能逐步代替化石能源的过程中有可能获得突破。
在信息网络领域，信息技术和产业正在进入一个转折期，2020年前后可能出现重大的技术变革。“集成电路正在逐步进入‘后摩尔时代’，计算机逐步进入‘后PC时代’，互联网进入‘后IP时代’是不可避免的发展过程，云计算的兴起是信息技术应用模式的一场变革。”
先进材料和制造领域，未来30—50年，能源、信息、环境、人口健康、重大工程等对材料和制造的需求将持续增长，先进材料和制造的全球化、绿色化、智能化将加速发展，制造过程的清洁、高效、环境友好日益成为世界各国追求的主要目标。而其中的智能制造，即从分子层面设计、制造和创造新材料，与直接数字化制造结合，将产生爆炸性的经济影响。
农业领域，农业要进入生态高效可持续发展的时代，就要求在生物多样性演化过程及其机理，高效抗逆、生态农业育种科学基础与方法，营养、土壤、水、光、温与植物相互作用的机理和控制方法，食品结构合理演化等问题上取得突破。
人口健康领域，控制人口增长，提高人口质量，保证食品、生命和生态安全，就要求通过疾病早期预测诊断与干预、干细胞与再生医学等研发，攻克影响健康的重大疾病，将预防关口前移，走一条低成本普惠的健康道路。
白春礼特别强调，上述任何一个领域的突破性原始创新，都会为新科学体系的建立打开空间，引发新的科学革命。而上述任何一个领域的重大技术突破，都有可能引发新的产业革命，为世界经济增长注入新的活力，引发新的社会变革，加速现代化和可持续发展进程。
