炎症是所有慢性疾病的主要原因嗎？人類壽命到底可以延長多久？為什麼要睡眠？為什麼會做夢？
國家自然科學基金委副主任、中國疾病預防控制中心主任、《科學通報》主編高福指出，問題意識是科學家的基本素質, 問題導向也一直是科學家立項選題的根本所在。今天，當我們遭遇各種「卡脖子」「卡腦袋」問題的時候，特別需要強化問題導向、目標導向。
Science公布了125個最具挑戰性match的科學問題，在今後25年裡，人們將致力於研究解決這些問題。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。
這125個問題如下（前25個被認為是最重要的問題）：
1.宇宙由什麼構成？
2.意識的生物學基礎是什麼？
3.為什麼人類基因會如此之少？
4.遺傳變異與人類健康的相關程度如何？
5.物理定律能否統一？
6.人類壽命到底可以延長多久？
7.是什麼控制著器官再生？
8.皮膚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.地球內部如何運行？
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.記憶如何存儲和恢復？
16.人類合作行為如何發展？
17.怎樣從海量生物數據中產生大的可視圖片？
18.化學自組織的發展程度如何？
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.量子不確定性和非局部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.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雷射嗎？
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？如果有，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.驅動太陽磁周期的原因是什麼？
52.行星怎樣形成？
53.是什麼引發了冰期？
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.自然界中手性原則的起源是什麼？
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.蛋白質如何發現其作用對象？
61.細胞死亡有多少種形式？
62.是什麼保持了細胞內的通行順暢？
63.為什麼細胞的成分可以獨立於DNA而自行複製？
64.基因組中功能不同於RNA的角色是什麼？
65.基因組中端粒和絲粒的作用是什麼？
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」(「junk」)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了解停止生長的時間？
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、鰭和面孔如何發育進化？
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.腫瘤更容易通過免疫進行控制嗎？
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.狂牛症會怎樣發展？
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.信息素影響人類行為嗎？
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.通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Navier-Stokes方程的解嗎？
123.龐加萊實驗能否確定4維空間的球？
124.黎曼zeta函數的零解都有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Yahg-Mills理論上？
註：最後6個數學問題選自Clay數學研究所提出的新千年問題。