Uuringuid arendatakse  järgmistes omavahel seotud suundades, mis ühtlasi toetavad TÜFI põhisuundi materjaliteaduse alal. Valguslaineimpulsside levi, -lokalisatsiooni ja -konversiooni teoreetiline ja eksperimentaalne uurimine dispergeerivates ja mittelineaarsetes keskkondades ning footonkristallkiududes. Optiliselt indutseeritud struktuurimuutuste ja relaksatsiooni teoreetiline ja eksperimentaalne uurimine aatomites, inertgaasieksimeerides ja -kristallides ning plasmas, ning mitteintrusiivse ruumilis-ajalise optilise diagnostika meetodite arendamine kõrgrõhulise gaaslahendusplasma on-line monitooringuks. Ülikõrge aeglahutusega optiliste ja VUV/XUV spektroskoopia eksperimentaalsete ja teoreetiliste meetodite ning tarkvara arendamine.