《科學》雜誌提出125個科學前沿問題（前25個被認為是最重要的）：

　　1宇宙是由什麼構成？

　　2人類意識的生物學基礎是什麼？

　　3為什麼人類基因會如此少？

　　4遺傳變異與人類健康的相關程度怎樣？

　　5物理定律能否統一？

　　6人類壽命到底可以延長多少歲？

　　7是什麼控制著器官再生？

　　8面板細胞如何成為神經細胞？

　　9單個體細胞怎樣成為整株植物？

　　10地球內部如何執行？

　　11地球人類在宇宙中是否獨一無二？

　　12地球生命在何處產生、如何產生？

　　13什麼因素決定了物種的多樣性？

　　14什麼基因的改變造就了獨特的人類？

　　15記憶如何儲存和恢復？

　　16人類合作行為如何發展？

　　17怎樣從海量生物資料中產生大的可檢視片？

　　18我們能在多大程度上推動化學自組裝？

　　19什麼是傳統計算的極限？

　　20我們能否有選擇地切斷某些免疫反應？

　　21量子不確定性和非區域性性背後是否有更深刻的原理？

　　22能否研製出有效的HIV疫苗？

　　23溫室效應會使地球溫度達到多高？

　　24什麼時間用什麼能源可以替代石油？

　　25地球到底能負擔多少人口？

　　26宇宙是否唯一？

　　27是什麼驅動宇宙膨脹？

　　28宇宙中第一顆恆星與星系何時產生、怎樣產生？

　　29超高能宇宙射線來自何處？

　　30是什麼給類星體提供動力？

　　31黑洞的本質是什麼？

　　32正物質為何多於反物質？

　　33質子會衰減嗎？

　　34重力的本質是什麼？

　　35時間為何不同於其他維度？

　　36是否存在比夸克更小的基本粒子？

　　37中微子是其自己的反粒子嗎？

　　38是否有解釋所有相關電子系統的統一理論？

　　39人類能夠製造最強的鐳射嗎？

　　40能否製造完美的光學透鏡？

　　41是否可能製造出室溫下的磁性半導體？

　　42什麼是高溫超導性之後的成對機制？

　　43能否發展關於湍流動力學和顆粒材料運動學的綜合理論？

　　44是否存在穩定的高原子量元素？

　　45固體中是否有超流動性？如果存在，如何解釋？

　　46水的結構如何？

　　47玻璃態物質的本質是什麼？

　　48是否存在合理化學合成的極限？

　　49光電電池的最終效率如何？

　　50核聚變將最終成為未來的能源嗎？

　　51驅動太陽磁週期的原因是什麼？

　　52行星怎樣形成？

　　53是什麼引發了冰河時期？

　　54使地球磁場逆轉的原因是什麼？

　　55是否存在有助於預報的地震先兆？

　　56太陽系的其他星球上現在和過去是否存在生命？

　　57自然界中均質性的起源是什麼？

　　58能否預測蛋白質摺疊？

　　59人體中的蛋白質有多少存在方式？

　　60蛋白質如何發現其親源？

　　61細胞死亡有多少種形式？

　　62是什麼保持了細胞內的通暢？

　　63為什麼細胞的成分可以獨立於DNA而自行復制？

　　64基因組中功能不同於RNA的角色是什麼？

　　65端粒和絲粒的基因功能是什麼？

　　66為什麼一些基因組很大，另一些又相當緊湊？

　　67基因組中的“垃圾”有何作用？

　　68新技術能使DNA測序的成本降低多少？

　　69器官和整個有機體如何瞭解停止生長的時間？

　　70除了繼承突變，基因組如何改變？

　　71在胚胎期，不對稱現象是如何確定的？

　　72翼、鰭和麵孔如何發育進化？

　　73是什麼引發了青春期？

　　74幹細胞是否位於所有腫瘤的中心？

　　75腫瘤更容易透過免疫進行控制嗎？

　　76腫瘤的控制比治癒是否更容易？

　　77炎症是所有慢性疾病的主要原因嗎？

　　78瘋牛病會怎樣發展？

　　79脊椎動物在多大程度上依賴先天免疫系統來抵抗傳染病？

　　80對抗原而言，免疫記憶需要延長暴露嗎？

　　81為什麼孕婦的免疫系統不拒絕其胎兒？

　　82什麼與有機體的生物鐘同步？

　　83遷徙生物怎樣發現其遷移路線？

　　84為什麼要睡眠？

　　85人類為什麼會做夢？

　　86語言學習為什麼存在臨界期？

　　87資訊素影響人類行為嗎？

　　88一般麻醉劑如何發揮作用？

　　89導致精神分裂症的原因是什麼？

　　90引發孤獨症的原因是什麼？

　　91阿茲海默症患者的生命能夠延續多久？

　　92致癮的生物學基礎是什麼？

　　93大腦如何建立道德觀念？

　　94透過計算機進行學習的極限是什麼？

　　95有多少個性源於遺傳？

　　96性別傾向的生物學根源是什麼？

　　97生命樹是生命之間系統關係最好的表達方式嗎？

　　98地球上有多少物種？

　　99什麼是物種？

　　100橫向轉移為什麼會發生在眾多的物種中以及如何發生？

　　101誰是世界的共同祖先？

　　102植物的花朵如何進化？

　　103植物怎樣製造細胞壁？

　　104如何控制植物生長？

　　105為什麼所有的植物不能免疫一切疾病？

　　106外界壓力環境下，植物的變異基礎是什麼？

　　107是什麼引起物質消失？

　　108能否避免物種消亡？

　　109一些恐龍為什麼如此龐大？

　　110生態系統對全球變暖的反應如何？

　　111至今共有多少人種，他們之間有何關聯？

　　112是什麼提升了現代人類的行為？

　　113什麼是人類文化的根源？

　　114語言和音樂演化的根源是什麼？

　　115什麼是人種，人種如何進化？

　　116為什麼一些國家向前發展，而有些國家的發展停滯？

　　117政府高額赤字對國家利益和經濟增長速度有什麼影響？

　　118政治與經濟自由密切相關嗎？

　　119為什麼改變撒哈拉地區貧困狀態的努力幾乎全部失敗？

　　120有沒有簡單的方法確定橢圓曲線是否存在無窮多解？

　　121霍奇閉鏈是代數閉鏈的和嗎？

　　122數學家將會最終給出“納維葉-斯托克斯（Navier-Stokes）”方程的解嗎？

　　123龐加萊實驗能否確定四維空間的球？

　　124黎曼zeta函式的零解都有a+bi形式嗎？

　　125對粒子物理標準模型的研究是否會停止在量子“楊-米爾斯（Yahg-Mills）理論”上？

歸納統計這125個問題，其中涉及生命科學的問題佔46%，關係宇宙和地球的問題佔16%，與物質科學相關的問題佔14%以上，認知科學問題佔9%。其餘問題分別涉及數學與計算機科學、政治與經濟、能源、環境和人口等。

所有科學領域都有大量未解的前沿科學問題，每一項突破都將推進人類文明的極大進步，由於我們所處的這個宇宙構造的複雜性，未解之謎很多，如果要列出來豈止125個。

1、宇宙

宇宙廣闊無垠，而人類還不能走出太陽系，因此人類對於宇宙的瞭解只能透過穿越茫茫宇宙到達地球的各類電磁波、引力波訊號，這樣的方式瞭解宇宙使很受限制的，不是很直觀，人類只能依據現有科技實力，根據大量觀測歸納總結宇宙的起源和執行規律。這樣的方式瞭解到的宇宙，受限於人類的認識層面，就會帶有一定的主觀傾向，畢竟觀測到的是客觀現象，而總結出來的規律 卻由於數學、人類猜想等受到一定影響。相對論已經使人類對宇宙的瞭解更進一步，然而現代的相對論並不能解釋所有的宇宙問題，只有不停地探索才是人類瞭解宇宙的基礎。

關於宇宙的前沿問題有：宇宙的構成、宇宙是否唯一、宇宙膨脹的根本原因、超高能宇宙射線（伽馬射線暴等）、黑洞本質、為何宇宙沒有反物質團塊，物質的量遠遠多於反物質、暗物質和暗能量及其對大尺度宇宙天體構造執行的影響.....

2、生命

生命，人就是生命，理解生命體的組成、執行和外界環境相互作用的規律是理解生命的基礎，然而人類這樣的生命體構造實在是太複雜了，這麼複雜的生命體是數不清的微觀粒子構成，人類的觀測方式不可能檢測到人體各環節生理功能的微觀原理，就必然有大量的問題存在。生命領域的很多問題都和疾病有關，相關研究的目的都是破解人體的作用規律，延長人類的壽命，甚至於對未來的深空航行也有很大幫助，畢竟人類的壽命不過區區百年，而宇宙的範圍930億光年，沒有漫長的壽命可不行。

關於生命的前沿問題有：意識的構成和作用機理、夢的形成過程原理、大腦的微觀層面的構造及功能發揮、大腦的逆向工程研究、癌症的發生發展機理及破解、基因的的構造、基因編輯（可用於遺傳病的治療和農作物與牲畜的培育）、細胞表面所有的物質構造及其功能發揮......

3、能源

人類社會的每次大發展都有能源形式的轉變，從木柴到煤炭到石油天然氣，加上人類研製的各類機械裝置，供能效率越來越高，但是也存在著很大不足，那就是效率還不夠高，且有較高的汙染。碳排放等因素已經使過去的地球升溫了幾度，看起來很低，對全球氣候的影響卻是極其嚴重的，造成全球水資源的重新分配，影響人類的生存，且這些能源的再生速度很緩慢，而人類發展對資源的需求卻越來越多。因此，研究更高效、更清潔的能源勢在必行。

這方面的主要是聚變核能的研究，現代科學家雖然已經利用慣性約束和磁約束實現了氘的聚變反應，但是規模卻相當受限，只能維持反應一百多秒，距離投入實用還很遙遠。

其它所有的自然科學領域都有自己的難題，對於21世紀的人類來說，會引發下一輪科技爆發的領域有資訊、生命、能源，很可能在21世紀上半葉這些領域中都會有引領人類大踏步發展的新科學發展和研究成果。