DESY ist eines der weltweit führenden Beschleunigerzentren zur Erforschung der Struktur der Materie, es wird als nationales Forschungszentrum mit öffentlichen Mitteln finanziert und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft. Die Beschleuniger wie auch die Nachweisinstrumente, die DESY entwickelt und baut, sind einzigartige Werkzeuge für die Forschung. Sie erzeugen das stärkste Röntgenlicht der Welt, bringen Teilchen auf Rekordenergien und öffnen völlig neue Fenster ins Universum.  An den Teilchenrennbahnen und Observatorien forschen Wissenschaftler aus aller Welt.

An den Standorten in Hamburg und Zeuthen betreibt DESY naturwissenschaftliche Grundlagenforschung mit den Schwerpunkten Beschleuniger, Forschung mit Photonen, Teilchenphysik und Astroteilchenphysik. Mit Diplom-, Bachelor/Master- und Doktorarbeiten, der gewerblichen Ausbildung, Praktika und dem Schülerlabor leistet DESY einen aktiven Beitrag zur  Nachwuchsförderung. Die Strahlungsquellen für die Forschung mit Photonen sind PETRA III, der Freie-Elektronen- Laser FLASH und der European XFEL. Physiker, Chemiker, Geologen, Biologen, Mediziner und Materialforscher nutzen das besondere Licht aus den Beschleunigern, um Strukturen und Prozesse im Mikrokosmos sichtbar zu machen. Für DESY-Teilchenphysiker wird für die nächsten Jahre die Beteiligung an den Experimenten des Large Hadron Collider (LHC) eine große Herausforderung sein.

Der Standort Zeuthen ist mit seinen Aktivitäten in der Beschleunigerentwicklung fest in das Kernprogramm von DESY integriert. Der Photoinjektor-Teststand in Zeuthen (PITZ) liefert einen wichtigen Beitrag für den erfolgreichen Betrieb des European XFEL. Die Astroteilchenphysik ist derzeit ein Forschungsschwerpunkt am Zeuthener Standort. Mit IceCube blicken die Wissenschaftler auf die Terra Incognita des Neutrinouniversums und in Zukunft mit CTA mit höchster Genauigkeit auf die bereits abgesteckte Himmelskarte der Gammastrahlungsquellen.