勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL），美國最傑出的國家實驗室之一，位於美國著名學府加州大學伯克利分校後山，隸屬於美國能源部。在科學界，LBNL相當於“卓越”的同義詞。截止2016年，從勞倫斯伯克利實驗室走出13位諾貝爾獎獲得者、70位美國國家科學院（NAS）的院士等諸多學界領軍人物。研究領域主要包括生命科學、化學,物理學、能源效率、迴旋加速器、先進材料、加速器、檢測器等。MIT於1951年在麻省的列克辛頓創建了林肯實驗室。其前身是研製出雷達的輻射實驗室。該實驗室由聯邦政府投資，其基本使命是把高科技應用到國家安全的危急問題上，在防空系統的高級電子學研究上蜚聲國際，其研究範圍又迅速擴展到空間監控、導彈防禦、戰場監控、空中交通管制等領域，是美國大學第一個大規模、跨學科、多功能的技術研究開發實驗室。實驗室與國防部深度合作，不失為美國軍事電子系統大本營。
橡樹嶺國家實驗室（0RNL)，隸屬於美國能源部，成立於1943年，起初為曼哈頓計劃一部分，以生產、分離鈾和鈈為主要目的建造，現由田納西大學和Battelle紀念研究所共同管理。實驗室在許多科學研究領域處世界領先地位，主要從事中子科學、能源、高性能計算、複雜生物系統、先進材料和國際安全6個領域的研究。現有僱員3800人、客座研究人員3000人，年度經費超10億美元。
阿貢國際實驗室（ANL），是美國最早建立的國家實驗室，隸屬於美國能源部和芝加哥大學。著名物理學家費米曾在此領導小組建立了人類第一臺可控核反應堆，人類從此邁入原子能時代。年度科研經費約5億美元，僱員3500人。
冷泉港實驗室（CSHL），是一個非盈利的私人科學研究與教育中心，位於美國紐約州長島上的冷泉港，被譽為世界生命科學聖地、“分子生物學搖籃”，名列世界影響最大的十大研究學院榜首。泉港實驗室負責人詹姆斯·杜威·沃森先生是DNA雙螺旋結構圖的發現者之一，被稱為DNA之父，諾貝爾獎得主。該研究所歷史上共誕生8位諾貝爾獎獲得者。卡文迪什實驗室創建於1871年，由當時劍橋大學校長W.卡文迪什私人捐款興建。研究的領域包括天體物理學、粒子物理學、固體物理以及生物物理等等。
卡文迪什實驗室在近代物理學的發展中做出了傑出的貢獻，近百年來培養出的諾貝爾獎金獲得者已達20餘人，卡文迪什至今仍不失為世界著名的實驗室之一。 
費米實驗室，以著名的理論物理學家恩利克·費米的名字命名，建立於1967年，是美國最重要的物理學研究中心之一，位於美國伊利諾斯州巴達維亞附近的草原上。它官方上屬於美國能源部，但也隸屬於芝加哥大學和大學研究協會（URA），並由這兩個機構負責其運作，其中URA由90所研究型大學組成，目前實驗室有2000名僱員。
美國貝爾實驗室是晶體管、激光器、太陽能電池、發光二極管、數字交換機、通信衛星、電子數字計算機、蜂窩移動通信設備、仿真語言、有聲電影以及通信網等許多重大發明的誕生地。自1925年以來，貝爾實驗室共獲得兩萬五千多項專利，現在，平均每個工作日獲得三項多專利。實驗室一共誕生8項諾貝爾獎獲得者（其中7項物理學獎，1項化學獎）。
歐洲核子研究中心（CERN)，是世界上最大型的粒子物理學實驗室，也是萬維網的發祥地。它的內部深藏著一個升降機，整個機構位於瑞士日內瓦西部接壤法國的邊境。它成立於1954年，主要研究物質如何構成和物質之間的力量。僱員大約3000人，並有來自80個國籍的大約6500位科學家和工程師，代表500餘所大學機構，在CERN進行試驗。這大約佔了世界上的粒子物理學圈子的一半。
布魯克海文國家實驗室(BNL)位於紐約長島，隸屬美國能源部，由石溪大學和BATTELLE成立的公司布魯克海文科學學會負責管理。該實驗室成立於1947年，歷史上該實驗室所7個項目12人次獲得過諾貝爾獎。
噴氣推進實驗室 （JPL），其研究的飛船已經到過全部已知的八大行星，是位於加州帕薩迪那美國國家航空航天局的一個下屬機構，負責為美國國家航空航天局開發和管理無人空間探測任務，行政上屬於加州理工學院管理，始建於1936年，由當年加州理工學院的教授西奧多·馮·卡門領導創建。
洛斯.阿拉莫斯國家實驗室（LANL)，隸屬於美國能源部。創建於1943年，建立者包括原子彈之父奧本海默、氫彈之父愛德華·泰勒和諾貝爾物理獎得主歐內斯特·勞倫斯等，是世界上最大的多功能實驗室之一，曾發明世界上第一顆原子彈和氫彈。
德國聯邦技術物理研究所（PTR），建於1884年，相當於德國國家計量局，以精密測量熱輻射著稱。十九世紀末該研究所的研究人員致力於黑體輻射的研究，導致了普朗克發現作用量子，可以說這個實驗室是量子論的發源地。1911年諾貝爾物理學獎得主維恩及1918年諾獎得主普朗克先後擔任該實驗室帶頭人，此外愛因斯坦、波特、勞厄等物理學家都曾在此工作過。 
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL），隸屬美國能源部國家核安全局， 現由勞倫斯利弗莫爾國家安全機構負責運行。實驗室創建於1925年，現有約6300名僱員、2700餘名科學家和工程師（40%以上擁有博士學位），科研經費逾15億美元，其中對武器研發佔總經費62%、國防科技佔12%。
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