Именно в этой области проявляется весь исследовательский потенциал Объединения имени Гельмгольца: внедрение мощного оборудования и комплекса инфраструктур для исследований. Идет ли речь об ускорителе заряженных частиц, синхротронном излучении или же источнике нейтронов - Объединение имени Гельмгольца предоставляет крупные, отчасти не имеющие себе равных во всем мире научные инфраструктуры, которые используются множеством ученых Германии и зарубежья. Благодаря запланированному рентгеновскому лазеру European XFEL, который будет построен в Германском электронном синхротроне (DESY) в сотрудничестве с европейскими государствами, появится источник рентгеновского излучения, чья максимальная мощность в десять миллиардов раз больше, чем мощность всех построенных до этого аппаратов.

Еще один крупный инструмент появится в Центре имени Гельмгольца по исследованию тяжелых ионов (GSI) в городе Дармштадт. "Facility forAntiproton and Ion Research (FAIR)" - это ускоритель нового поколения, который производит ионные лучи с доселе недостижимой интенсивностью, а также очень высокой энергией.

Особенно важным является создание кооперационных связей с университетами и институтами им. Макса Планка. Альянсы «Физика по терашкале» и «Экстремальные плотности и температуры – космическая материя в лаборатории» внесли за последние годы свой существенный вклад с достижение этой цели и привели к усовершенствованию координирования немецких исследовательских групп.    

Для укрепления позиций в области собственных исследований были созданы новые Институты им. Гельмгольца в Майне и Йене, которые вносят существенный вклад в достижение этой цели, проводя дополнительные исследования, в том числе, в области лазерных технологий, связанных с ускорителями частиц, а также разработки методов прецизионной рентгеноспектроскопии. Развитие тесных кооперационных связей с немецкими и зарубежными университетами и исследовательскими центрами будет вестись дальше на базе исследовательских платформ  CFEL, KNMF, NanoLab, EMSC и CSSB.  

Исследования в области структуры материй относятся к стратегическим задачам национального и международного масштаба, которые подразделяют исследовательские работы на отдельные программы продолжительностью от десяти до пятнадцати лет. Данные фундаментальные исследования направлены также на параллельное стимулирование технологического развития.