Forschungsdisziplinen des Programms Forschung unter Weltraumbedingungen sind im Teilprogramm Materialwissenschaften und physikalische Grundlagenforschung die Bereiche Materialwissenschaft, Fluidphysik, Verbrennung und Fundamentalphysik.
Aus diesen Disziplinen werden regelmäßig Experimentvorschläge über Ausschreibungen - in der Regel durch die Europäische Weltraumorganisation ESA und die internationale Arbeitsgruppe IMSPG - eingeworben. Die durch Fachgutachter am besten bewerteten Vorschläge werden für eine Projektförderung (Zuwendung) durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR ausgewählt. Daraus und aus den Richtlinien des Deutschen Raumfahrtprogramms ergeben sich die thematischen Schwerpunkte in den Teilprogrammen Bio- und Materialwissenschaften.
Schwerpunkte und Forschungsthemen des Teilprogramm Materialwissenschaften und physikalische Grundlagenforschung sind die Designoptimierung von Werkstoffen aus der Schmelze, die Struktur und Dynamik fluider Strömungen in anwendungsrelevanten Geometrien, die Basismechanismen effizienter und schadstoffarmer Verbrennung sowie fundamentale Partikelwechselwirkungen.