La vocation première du LESIA est la recherche en astrophysique pour l’amélioration de notre connaissance de l’Univers. Elle porte sur la plupart des constituants de l’Univers :
Ces recherches se déclinent sur une quinzaine de grandes thématiques.
Un grand nombre de ces recherches en astrophysique se fait en lien étroit avec une autre vocation forte du LESIA : la recherche instrumentale
Pour conduire leurs études, les chercheurs du LESIA mettent en oeuvre plusieurs types de méthodes, certaines classiques en recherche comme l’analyse de données, des travaux théoriques et des simulations numériques, d’autres plus spécifiques à la recherche en astrophysique comme les observations depuis le sol et l’espace.
Le LESIA est impliqué dans la gestion et la mise à disposition de nombreuses données : données solaires, données issues des instruments développés au laboratoire ou auxquels celui-ci a contribué. A ce titre, le LESIA gère les bases de données ou entrepôts de données référencés ci-après, dont certains sont publiquement accessibles et d’autres à accès restreint à des équipes scientifiques. Actuellement, le LESIA s’implique fortement dans l’intégration de ses données dans les observatoires virtuels.