单分子物理与化学主要研究单分子/团簇的结构和物性之间的关系。利用不同层次的理论计算与模拟, 紧密结合扫描探针显微技术等单分子科学实验展，对处于自由状态、衬底表面或复杂凝聚相环境中的单个 小分子、原子团簇及生物大分子的电子结构、磁性, 光学和输运等基本化学物理特性进行研究与调控, 具体研究包括单分子的结构和物性, 以及表面单分子吸附特性，在波函数和能带工程的层次认识和调控单分子量子态的分立能级结构、时空分布和相干特性, 探索全新的量子现象, 认识和控制单分子体系的电荷和自旋输运特性和光电转化行为。该研究方向的特色是物理、化学和材料科学多学科交叉, 理论与实验紧密结合, 多项研究工作处于国际前沿。目前承担国家重大研究计划、国家自然科学基金和中国科学院知识创新方向性项目等多项课题。