Основным направлением научно-технической и инновационной деятельности Института является материаловедение, развитие физики тонких пленок и ионно-плазменных покрытий, теории и методов создания многофункциональных, композиционных и специализированных материалов и покрытий с повышенными механическими, износо-, коррозионно-, жаростойкими и другими свойствами, разработка теоретических основ технологических процессов получения и обработки материалов с использованием лазерного, плазменного, электронно- и ионно-лучевого, электроэрозионного, импульсного и других видов высокоэнергетического воздействия, ресурсо- и энергосберегающие технологии, беспилотные авиационные комплексы.
Деятельность ФТИ НАН Беларуси связана с научными исследованиями фундаментальных и прикладных проблем получения и обработки материалов с применением концентрированных потоков энергии, генерации и транспортировки пучков частиц и потоков энергии высокой плотности, физики их взаимодействия с поверхностями конденсированных сред различной физической природы; пластического формообразования; процессов литья; термодинамики обратимых и необратимых процессов; кинетики фазовых и структурных превращений в специальных сталях и сплавах.