In der Helmholtz-Gemeinschaft werden zur Zeit fünf Großgeräte für die Forschung mit Photonen betrieben, und zwar die Speicherringe ANKA(KIT), BESSY II(HZB), und DORIS III(DESY), der erste laufende VUV Freie-Elektronen-Laser, der mit einem Linearbeschleuniger betrieben wird, FLASH(DESY) und PETRA III(DESY). Letztere ist eine der weltweit brillantesten Quellen für harte Röntgenstrahlung. Der größte Teil der Messzeit an diesen Quellen ist einer großen und weiter wachsenden Nutzergemeinde von etwa 4500 Nutzern jährlich gewidmet. Die Forschungsthemen reichen von der Untersuchung von Atomen, Molekülen und Clustern über eine Vielzahl von Themen der Festkörperphysik, Chemie und Lebenswissenschaften bis hin zu Materialien, Umwelt und Geowissenschaften. Zusätzlich wird eine neue Quellen gebaut: Der European XFEL (DESY) in Hamburg und Schleswig-Holstein wird revolutionäre Strahleigenschaften haben. Baubeginn war im Januar 2009.

Forschung mit Neutronen kann nur an Großgeräten betrieben werden. In Deutschland liegt die Entwicklung, der Bau und Betrieb von Großgeräten für die Neutronenforschung in der Hand der Helmholtz-Gemeinschaft und der TU München. Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) betreibt den Mittelflußreaktor BER II in Berlin. Am FRM II der TU München ist die Helmholtz-Gemeinschaft über das Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) und das German Engineering Materials Science Centre (GEMS) maßgeblich an der Instrumentierung beteiligt. Sowohl die Quellen als auch die Zentren ergänzen sich durch unterschiedliche Schwerpunktsetzung. 

BER II und FRM II sind wichtige Bestandteile im internationalen Netz von Neutronenquellen. Die Beteiligung an der Instrumentierung der SNS, einer MW-Spallationsquelle in den Vereinigten Staaten, soll den Weg zur geplanten Europäischen Spallationsquelle ESS ebnen.

Atomphysik, Plasmaphysik und Materialwissenschaften mit Schwerionen umfassen viele offene Fragen der Grundlagenforschung und angewandten Wissenschaften. An der GSI nutzt einen weit gefächerte Nutzergemeinschaft die intensiven und brillanten Strahlen der Beschleunigeranlagen. Sie decken alle Ionenarten in quasi allen Ladungszuständen ab, von 1 MeV/u bis zu über 1 GeV/u. Der Speicherring umfasst einen großen dynamischen Bereich und liefert höchste Intensitäten für elektronengekühlte Ionenstrahlen, erlaubt aber auch Präzisionsexperimente an einzelnen Ionen.

Die derzeitigen Möglichkeiten für PNI-Forschung an der GSI werden im Bereich Atomphysik deutlich erweitert durch die neue Fallenanlage HITRAP (Highly-charged Ion Trap), im Bereich Materialwissenschaften durch die drei neuen UNILAC-Beamlines (M-Zweig), und im Bereich Plasmaphysik durch den kraftvollen Hochenergielaser PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Heavy Ion Experiments) und die erhöhte Intensität von SIS18. Die Kombination von hochenergetischen Schwerionen-Strahlen mit einem Hochenergie-Laser ist ein weltweit einzigartiges Instrument für die Plasmaphysik. Eine neue Dimension in der Schwerionen- und Antimaterieforschung wird durch das geplante FAIR-Großgerät (Facility for Antiproton and Ion Research) erwartet.