实验室面向航空航天和国民经济的重大战略需求，以突破空天科技的关键技术为主要目标，研究在高温、高超声速极端条件下，具有分子振动和转动激发、分子离解、电离等内态变化介质的复杂流动，完善高温气体动力学理论体系，支撑高超声速关键技术的突破。

高温气体动力学国家重点实验室以开展高温气体流动的前瞻性、基础性和战略性研究为理念，以实现实验室科研目标从关键技术研究到关键技术集成研究的提升为宗旨，进一步优化布局实验室的科研团队，形成高温反应气体流动、超声速燃烧与推进技术、气动构型理论与优化设计、稀薄气体与非平衡流动、等离子体流动与清洁燃烧等五个相互支撑的主要研究方向。