全散乱データを用いた二体分布関数を中心に、様々な計測手法や計算化学を併用して多角的に構造解析を行い材料の機能発現の本質を研究している（図上段）。特に解析が困難なナノ材料や低次元材料を主に扱い、機能発現下での解析を含め、原子位置やその対称性、原子レベルの歪などを解析することで、様々な材料の本質の解明に成功している（図中段）。構造未知の物質の解明にも成功しており、新物質としての知財獲得に繋がる技術である。計測は放射光施設で行い、解析はNIMSで開発している独自のプログラムで行うことで、正確かつ高速な解析が可能になっている。例えば酸化ルテニウムナノシートの構造は20年以上に渡って不明だったが、秩序だった歪が生じることでグラフェンのような電子状態になり、高い導電性を発現することを解明した。個別の材料の解析を進め、燃料電池や太陽電池、エレクトロニクスなどの分野へ貢献しながら、解析技術の高度化を続けている。例えば、複雑な材料の解析では、１つの仮説の検証に1年かかるが、その解析が１晩で終わるようになった。研究者の解析を高度・高速化する基盤を構築してきており、その基盤を人工知能やロボットと結びつけることで、人間の1000倍近いスピードで燃料電池触媒を探索するシステムの構築を行っている（図下段）。