学際的な研究手法で、実践的なテーマに取り組むことを目的とする学問分野です。実験や観察を通して自然現象についての法則や原理を導く、という伝統的な理学の手法で行われてきた基礎研究を土台として、「環境」「情報」「物質」「生命・バイオ」「システム科学」など、現代の社会に密着したテーマや、将来の理学研究に課された最先端の領域を研究します。
　学際的な領域にある研究テーマを扱うため、理工学系のあらゆるジャンルから専門の研究者が集合してくる点が大きな特徴です。また、大学の学部と大学院が密接に連携して研究に当たるため、高度な実験やデータ分析を行うための研究環境も整えられているケースが大半です。
　さらに、各分野のエキスパートが互いに刺激を受けながら共同研究を行えること、理学系から工学系の幅広い分野にわたる最先端の知識が身につく点など、他の理学系学問にないメリットがあります。

　この分野では、「情報科学」「環境科学」「物質生命科学」「数理科学」など、伝統的な理学５分野とは色合いの異なる、新しい学問名を掲げる大学が多くなっています。
　いずれも、科学技術の進歩や現代社会の発展のなかで、従来の学問の枠にはまらない壮大なテーマに真正面から取り組む、きわめてアクティブな研究分野となっています。
　たとえば、数理科学は、自然界に存在する数理的な構造（法則や原理）を発見し、自然現象をモデル化して理論分析したり、コンピュータのシミュレーションによって再現する領域、環境科学は、植物や微生物の生命活動を利用した環境汚染の修復、温暖化や環境汚染を減らす新しいエネルギー開発などの実践的なテーマに取り組む領域です。また、情報科学は、あらゆる社会・自然の現象に共通する《情報》という要素にスポットを当て、情報の数学的・論理的な処理の方法や、コンピュータによる応用技術を研究する領域です。

　多くの大学で独自のカリキュラムを採用していますが、非常に幅広い専門科目を履修できる点は共通しています。
　たとえば「数物理学科」では、《数学情報》と《物理情報》の２コース制。専門科目は「数学」「物理学」と、その中間に位置する「情報」の３領域に分けて設置され、全員が３領域の基礎分野を共通して学んだのち、コースごとに必要な科目を３領域から選んで履修します。
　また“物理、化学、生物を学べる総合理工学科”という理念を掲げる「物質生命理工学科」では、理学の全般にわたる多彩な科目を受講し、未知の領域を自ら拓く創造力と、基礎学力に裏打ちされた豊かな発想力を身につけます。
　専門課程では、《物質・ナノサイエンス》《バイオ・ライフサイエンス》《環境・エネルギー》というコースに分かれて、基礎科学による技術革新が期待される先端の研究テーマに取り組みます。

　もう一つの共通点は、社会に貢献できる実践的な研究領域、あるいは科学の未来を担う最先端領域の研究者をめざし、基礎から応用まで段階を追って学べることです。
　現代の社会で解決すべき大きな研究課題のひとつ、《環境》をテーマとした「環境科学科」では、理学のあらゆる手法を駆使した学際的なアプローチで、動植物の生態保護、環境破壊の防止のための基礎技術の研究に取り組みます。
　具体的には、物理、化学、生物学などを基礎からじっくり教授する科目とともに、自然観察，環境汚染状況の観察や水質調査，大気分析など数多くの「環境野外実習」が開講されます。とくに生物環境の基礎概念を修得するための「生物環境プログラム」も用意されています。
　そのうえで、自然の動植物の保護および生物機能の利用をテーマとする《自然環境》、環境にやさしい物質やエネルギー開発をめざす《環境ケミストリー》の２コースに分かれて履修します。