この広大な敷地内に、KEKBと呼ばれる一周が3kmもある巨大な電子・陽電子衝突型加速器や、各種実験装置があり研究が進められている。

　KEKBは、世界最高ビーム強度を達成し、CP非対称といわれる粒子と反粒子の性質の違いの解明に貢献している。また、現在東海キャンパスに建設中のJ-PARC（大強度陽子加速器施設）は世界3大ニュートリノ研究、世界3大中性子科学研究、世界で特異のK中間子、ミュー粒子科学研究拠点となることを目指している。

　アジア、アメリカ、ヨーロッパから多くの研究者がKEKの研究に参加しているし、同様にKEKからも多くの研究者が各国の国際的研究機関に出向いて活躍している。

　KEKBのような粒子加速器を使用して、電子や陽子などを光速近くまで加速する研究には、大きく分けて二つの分野がある。一つは、光速近くまで加速された高エネルギーの粒子同士を衝突させ、宇宙の誕生時に多数存在していたはずの粒子を発生させ、その反応を調べる研究や、ニュートリノを発生させ、その振る舞いを調べる研究などである。これらは物質を究極まで細分していくと、どうなているのか、物質の根源や、宇宙誕生時の謎を解明する科学の基礎研究である。

　二つ目は、光速近くまで加速された高エネルギー粒子が、運動状態を変える際に放つ強力な光や、粒子の衝突から生まれる「ミュオン」や「中性子」などの物質の極限構造を調べる研究である。これらの成果は、蛋白質の立体構造や医薬品の研究開発などに応用される。