設置された世界最大の水チェレンコフ検出器スーパーカミオカンデを用いて、ニュートリノや陽子崩壊に関する研究を行っています。1998年には大気ニュートリノ振動を発見してニュートリノ質量の存在を明らかにしました。この成果により2015年には梶田隆章教授がノーベル物理学賞を受賞されました。2001年にはカナダSNO実験と共に太陽ニュートリノ振動を発見、2004年には茨城県つくば市にある高エネルギー加速器研究機構から打ち込まれた人工ニュートリノを用いてニュートリノ振動を確認しました。2009年には、茨城県東海村にある大強度陽子加速器(J-PARC)で生成された人工ニュートリノをスーパーカミオカンデに打ち込み、さらに精密にニュートリノ研究を行うT2K実験が始まり、2011年にミューニュートリノが電子ニュートリノへ変化した兆候を世界に先駆けてとらえました。100mレーザー干渉計による重力波及び地球物理の研究もおこなわれています。