国家实验室是体现国家意志、实现国家使命、代表国家水平的战略科技力量，是面向国际科技竞争的创新基础平台，是保障国家安全的核心支撑，是突破型、引领型、平台型一体化的大型综合性研究基地。

中国国家实验室的发展分为三阶段。第一阶段是依托大科学装置组建国家实验室。20世纪80年代后期至90年代初期，中国组建国家同步辐射实验室等第一批国家实验室；第二阶段是依托研究型大学和科研院所组建国家实验室。2000年，科技部正式批准组建沈阳材料科学国家（联合）实验室。2003年，科技部正式批准北京凝聚态物理国家实验室等5个试点国家实验室筹建。2006年，科技部拟筹建新青岛海洋科学与技术国家实验室等10个试点国家实验室；第三阶段是围绕重大创新领域组建任务导向型国家实验室。2017年11月，科技部将沈阳材料科学国家（联合）实验室等6个试点国家实验室转设为国家研究中心。2017年后，中国建设国家实验室遵循“成熟一个，启动一个”的原则。2020年，包括国家同步辐射实验室、北京正负电子对撞机国家实验室等在内的首批国家实验室正式挂牌成立。2021年，之江实验室和网络通信与安全紫金山实验室纳入国家实验室体系。2022年，北京市挂牌成立中关村国家实验室、怀柔国家实验室和昌平国家实验室。2023年3月，根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案，重新组建科学技术部。议案中指出，保留国家实验室建设等相关职责，仍作为国务院组成部门。

在中国的科研实验室体系中，国家实验室等级最高、实力最强、数量最少。截至2024年7月，中国国家实验室主要有国家同步辐射实验室、北京正负电子对撞机国家实验室、北京串列加速器核物理国家实验室、兰州重离子加速器国家实验室、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、网络通信与安全紫金山实验室、之江实验室、中关村国家实验室、怀柔国家实验室和昌平国家实验室等。

中国国家实验室的发展分为三阶段，即第一阶段引依托大科学装置组建国家实验室、第二阶段依托研究型大学和科研院所组建国家实验室及第三阶段围绕重大创新领域组建任务导向型国家实验室。

20世纪50年代，为满足国防战略武器研发需求，中国在苏联的技术援助下建造了回旋加速器等实验装置，这是中国最早的大科学装置。1977年，同步辐射实验室建设列入全国科技发展规划，并且各项前期工作均有序开展。1978年，中国科学院决定成立以中国科学技术大学为主的同步辐射加速器筹备组，并于当年3月在合肥市召开了第一次筹备工作会议，讨论了建造电子同步辐射加速器的初步方案。1982年10月27日，中国科学院向国家计委提出“报送科技大学新建电子同步辐射加速器实验室的设计任务书”，国家计划委员会于1983年4月8日批准这一项目，并直接命名为“国家同步辐射实验室”，中国第一个国家实验室由此正式步入建设征程。1989年，国家同步辐射实验室正式建成并投入使用。

20世纪80年代后期至90年代初期，中国为促进大科学装置的研制及建成后的运行和维护并开展高水平基础研究工作，依托大科学装置组建了第一批国家实验室。除国家同步辐射实验室外，还包括北京串列加速器核物理国家实验室、北京正负电子对撞机国家实验室以及兰州重离子加速器国家实验室等。通过组建第一批国家实验室，中国在相关领域基础研究方面初步跻身世界先进水平，学科建设与人才培养取得长足进步，技术研发与产业创新也取得一定进展。

20世纪与21世纪之交，为系统性提升基础研究水平、增强技术创新能力，中国启动新一批试点国家实验室筹建。2000年10月，科技部正式批准组建沈阳材料科学国家（联合）实验室。2003年11月，科技部正式批准北京凝聚态物理国家实验室、合肥微尺度物质科学国家实验室等5个试点国家实验室筹建。

2006年12月，科技部扩大试点，拟筹建新包括青岛海洋科学与技术国家实验室、航空科学与技术国家实验室等10个试点国家实验室。这一阶段，依托研究型大学和科研院所组织国家实验室，有利于快速整合中国相关领域既有各类科技创新资源，产出高水平研究成果，但也存在与依托单位关系不明确，“空心化”现象严重等问题。

2015年11月，以《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》为指导，中国对国家实验室在国家创新体系中的地位和作用进一步厘清。2017年8月，针对中国各类科技创新基地定位不清、交叉重复的问题，科技部、财政部和发改委联合印发《国家科技创新基地优化整合方案》，提出对现有试点国家实验室、国家重点实验室等国家级基地和平台进行考核评估，通过撤、并、转等方式进行优化整合。同年11月，科技部发布《关于批准组建北京分子科学等6个国家研究中心的通知》，将沈阳材料科学国家（联合）实验室、北京凝聚态物理国家实验室等6个试点国家实验室转设为国家研究中心，而2006年12月拟筹建的10个试点国家实验室最终均未通过批准立项。

2017年后，中国建设国家实验室遵循“成熟一个，启动一个”的原则。2020年，首批国家实验室正式挂牌成立，包括国家同步辐射实验室、北京正负电子对撞机国家实验室、北京串列加速器核物理国家实验室（北京）、兰州重离子加速器国家实验室及青岛海洋科学与技术试点国家实验室。2021年，之江实验室和网络通信与安全紫金山实验室纳入国家实验室体系。2022年，北京市挂牌成立中关村国家实验室、怀柔国家实验室和昌平国家实验室。

截至2024年7月，中国国家实验室主要有国家同步辐射实验室、北京正负电子对撞机国家实验室、北京串列加速器核物理国家实验室、兰州重离子加速器国家实验室、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、网络通信与安全紫金山实验室、之江实验室、中关村国家实验室、怀柔国家实验室和昌平国家实验室等。

建设国家实验室的目的在于提高创新能力，缩小中原地区同发达国家的科技经济实力差距，这是由中国经济社会发展的阶段特点决定的。中国经济正由高速增长阶段转向高质量发展阶段，对创新能力提出了更高要求。正是在这一背景下，党中央作出建设国家实验室的战略部署。促进经济社会发展是保障中国政治安全、经济安全、科技安全的重要基础，因此也是贯彻总体国家安全观的内在要求。

国家实验室是中国应对重大科技挑战的总抓手。在一定程度上，国家实验室可视为中国科技创新领域的“战区”，其他创新主体则可视为“军种”。换言之，国家实验室的核心使命在于“作战”，即集中力量攻克重大科技创新难题，直接为中国发展与安全战略全局提供强有力的科技支撑；其他创新主体的核心使命则在于“备战”，即不断夯实中国科技创新基础，随时准备为“战区”提供科研人才、科研成果、设备设施等不同“兵种”的“部队”。

国家实验室的科研攻关重点并不局限于基础研究、应用研究、试验发展及产业化等创新链上的特定环节，而是以问题为牵引、任务为导向，作为中国最重要的科研攻关平台汇聚不同“军种”的“部队”，突破制约中国经济和社会发展的重大科技瓶颈，引领国家创新体系整体效能不断提升，此即为国家实验室作为突破型、引领型、平台型一体化的大型综合性研究基地的含义所在。

然而国家实验室并非唯一的“战区”，其他国家科技创新基地以及国家科研机构、高水平研究型大学、科技领军企业等国家战略科技力量其他组成部分在一些特定领域重大科研攻关中也可以扮演“战区”的角色，汇聚相关领域各“军种”的“部队”。此时，国家实验室也可能扮演“军种”的角色，为“战区”提供“部队”。但通常而言，国家实验室是最主要的“战区”。

中国国家实验室建设由中央科技委员会统筹推进。根据《党和国家机构改革方案》，统筹布局国家实验室等战略科技力量是中央科技委员会的重要职责之一。这种集中管理模式有利于从国家战略需求出发对国家实验室研究领域布局、研究方向选择、研究项目设立等进行宏观统筹，从而提升科技资源利用效率，促进重大科研攻关的顺利开展。

2023年3月，根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案，重新组建科学技术部。加强科学技术部推动健全新型举国体制、优化科技创新全链条管理、促进科技成果转化、促进科技和经济社会发展相结合等职能，强化战略规划、体制改革、资源统筹、综合协调、政策法规、督促检查等宏观管理职责，保留国家基础研究和应用基础研究、国家实验室建设、国家科技重大专项、国家技术转移体系建设、科技成果转移转化和产学研结合、区域科技创新体系建设、科技监督评价体系建设、科研诚信建设、国际科技合作、科技人才队伍建设、国家科技评奖等相关职责，仍作为国务院组成部门。

美国劳伦斯伯克利国家实验室（简称：LBNL）于1931年由诺贝尔物理学奖得主欧内斯特·劳伦斯建立，现由美国能源部委托加利福尼亚大学代为管理。劳伦斯伯克利实验室原名“辐射实验室”，在1959年劳伦斯去世后被命名为“劳伦斯伯克利国家实验室”。该实验室是美国乃至世界核物理学的领军者，研究的领域非常宽泛，涵盖高能物理、地球科学、环境科学、计算机科学、能源科学、材料科学等多个学科。

美国橡树岭国家实验室（简称：ORNL）是所属于美国能源部的一个大型综合性国家实验室，由非营利性的私营组织——田纳西大学与Battelle纪念研究所组成的UT-Battelle有限责任公司负责管理实验室日常事务。第二次世界大战期间，美国为了赶在德国之前制造出原子弹，于1942年6月启动曼哈顿计划，而橡树岭国家实验室的前身正是该工程的一部分。现今橡树岭国家实验室主要从事中子科学、能源、高性能计算、复杂生物系统、先进材料和国家安全在内的6个方面的研究，其任务主要集中于开展基础和应用的研究与开发，提供科学知识和技术上解决复杂问题的创新方法，增强美国在主要科学领域里的领先地位，提高清洁能源的利用率，恢复和保护环境以及为国家安全作贡献。

美国阿贡国家实验室（简称：ANL）于1946年7月1日正式成立，曾是美国曼哈顿计划的一部分，是从芝加哥大学的冶金实验室的基础上发展起来的。第二次世界大战后，阿贡国家实验室开始接受开发和平利用原子反应堆的任务，世界上第一种来自于核能的可使用电力、第一个国际性核科学和工程学校等诸多计划在该实验室展开。阿贡国家实验室的研究领域不断扩大，涵盖科学、工程和技术等众多领域，并进行了众多跨学科的基础与应用科学研究，这些学科包括高能物理学、气候学、数学和计算科学和生物工业学等，现今主要致力于能源、生物与环境以及国家安全三大研究领域。

英国国家物理实验室（简称：NPL）成立于1900年，也称为“英国国家物理研究院”，以公共企业形式运行，其管理实体NPL管理有限公司归属英国商业、能源和工业战略部。该实验室是英国国家测量基准研究中心，是英国最大的应用物理研究组织，也是英国历史悠久的计量基准研究中心。英国国家物理实验室作为高度工业化国家的计量中心，与英国全国工业、政府各部门、商业机构有着广泛的日常联系，对外则作为国家代表机构，与各国际组织、各国计量中心联系。此外，该实验室还对环境保护，如噪声、电磁辐射、大气污染等方面向政府提供建议。

德国联邦物理技术研究所（简称：PTB），也称为“德国联邦物理技术研究院”，是德国的国家计量研究院，隶属于德国经济与能源部，其主要职能是为社会各界包括工业、贸易、科学等部门提供科技与计量服务。德国联邦物理技术研究所成立于1887年，原名“帝国技术物理研究所”（简称：PTR），创始人分别是德国科学家赫尔曼·亥姆霍兹与德国企业家沃纳·西门子。19世纪末，该研究所的研究人员致力于黑体辐射的研究，最终马克斯·普朗克发现作用量子，可以说此处是量子论的发源地。

欧洲核子研究中心（简称：CERN）成立于1954年，位于日内瓦附近，跨瑞士和法国边境。该研究中心有21个成员国，是全球重要的粒子研究机构和世界上最大的粒子物理研究实验室，也是互联网的诞生地。数十年来，欧洲核子研究中心先后建成质子同步回旋加速器、质子同步加速器、交叉储存环、超质子同步加速器、大型正负电子对撞机等，拥有世界上最大的氢气泡室和世界上最大的粒子加速器大型强子对撞机。