所有科学领域都有大量未解的前沿科学问题，每一项突破都将推进人类文明的极大进步，由于我们所处的这个宇宙构造的复杂性，未解之谜很多，如果要列出来岂止125个。
1、宇宙
宇宙广阔无垠，而人类还不能走出太阳系，因此人类对于宇宙的了解只能通过穿越茫茫宇宙到达地球的各类电磁波、引力波信号，这样的方式了解宇宙使很受限制的，不是很直观，人类只能依据现有科技实力，根据大量观测归纳总结宇宙的起源和运行规律。这样的方式了解到的宇宙，受限于人类的认识层面，就会带有一定的主观倾向，毕竟观测到的是客观现象，而总结出来的规律 却由于数学、人类猜想等受到一定影响。相对论已经使人类对宇宙的了解更进一步，然而现代的相对论并不能解释所有的宇宙问题，只有不停地探索才是人类了解宇宙的基础。
关于宇宙的前沿问题有：宇宙的构成、宇宙是否唯一、宇宙膨胀的根本原因、超高能宇宙射线（伽马射线暴等）、黑洞本质、为何宇宙没有反物质团块，物质的量远远多于反物质、暗物质和暗能量及其对大尺度宇宙天体构造运行的影响.....
2、生命
生命，人就是生命，理解生命体的组成、运行和外界环境相互作用的规律是理解生命的基础，然而人类这样的生命体构造实在是太复杂了，这么复杂的生命体是数不清的微观粒子构成，人类的观测方式不可能检测到人体各环节生理功能的微观原理，就必然有大量的问题存在。生命领域的很多问题都和疾病有关，相关研究的目的都是破解人体的作用规律，延长人类的寿命，甚至于对未来的深空航行也有很大帮助，毕竟人类的寿命不过区区百年，而宇宙的范围930亿光年，没有漫长的寿命可不行。
关于生命的前沿问题有：意识的构成和作用机理、梦的形成过程原理、大脑的微观层面的构造及功能发挥、大脑的逆向工程研究、癌症的发生发展机理及破解、基因的的构造、基因编辑（可用于遗传病的治疗和农作物与牲畜的培育）、细胞表面所有的物质构造及其功能发挥......
3、能源
人类社会的每次大发展都有能源形式的转变，从木柴到煤炭到石油天然气，加上人类研制的各类机械设备，供能效率越来越高，但是也存在着很大不足，那就是效率还不够高，且有较高的污染。碳排放等因素已经使过去的地球升温了几度，看起来很低，对全球气候的影响却是极其严重的，造成全球水资源的重新分配，影响人类的生存，且这些能源的再生速度很缓慢，而人类发展对资源的需求却越来越多。因此，研究更高效、更清洁的能源势在必行。
这方面的主要是聚变核能的研究，现代科学家虽然已经利用惯性约束和磁约束实现了氘的聚变反应，但是规模却相当受限，只能维持反应一百多秒，距离投入实用还很遥远。
其它所有的自然科学领域都有自己的难题，对于21世纪的人类来说，会引发下一轮科技爆发的领域有信息、生命、能源，很可能在21世纪上半叶这些领域中都会有引领人类大踏步发展的新科学发展和研究成果。
《科学》杂志提出125个科学前沿问题（前25个被认为是最重要的）：
1宇宙是由什么构成？
2人类意识的生物学基础是什么？
3为什么人类基因会如此少？
4遗传变异与人类健康的相关程度怎样？
5物理定律能否统一？
6人类寿命到底可以延长多少岁？
7是什么控制着器官再生？
8皮肤细胞如何成为神经细胞？
9单个体细胞怎样成为整株植物？
10地球内部如何运行？
11地球人类在宇宙中是否独一无二？
12地球生命在何处产生、如何产生？
13什么因素决定了物种的多样性？
14什么基因的改变造就了独特的人类？
15记忆如何存储和恢复？
16人类合作行为如何发展？
17怎样从海量生物数据中产生大的可视图片？
18我们能在多大程度上推动化学自组装？
19什么是传统计算的极限？
20我们能否有选择地切断某些免疫反应？
21量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理？
22能否研制出有效的HIV疫苗？
23温室效应会使地球温度达到多高？
24什么时间用什么能源可以替代石油？
25地球到底能负担多少人口？
26宇宙是否唯一？
27是什么驱动宇宙膨胀？
28宇宙中第一颗恒星与星系何时产生、怎样产生？
29超高能宇宙射线来自何处？
30是什么给类星体提供动力？
31黑洞的本质是什么？
32正物质为何多于反物质？
33质子会衰减吗？
34重力的本质是什么？
35时间为何不同于其他维度？
36是否存在比夸克更小的基本粒子？
37中微子是其自己的反粒子吗？
38是否有解释所有相关电子系统的统一理论？
39人类能够制造最强的激光吗？
40能否制造完美的光学透镜？
41是否可能制造出室温下的磁性半导体？
42什么是高温超导性之后的成对机制？
43能否发展关于湍流动力学和颗粒材料运动学的综合理论？
44是否存在稳定的高原子量元素？
45固体中是否有超流动性？如果存在，如何解释？
46水的结构如何？
47玻璃态物质的本质是什么？
48是否存在合理化学合成的极限？
49光电电池的最终效率如何？
50核聚变将最终成为未来的能源吗？
51驱动太阳磁周期的原因是什么？
52行星怎样形成？
53是什么引发了冰河时期？
54使地球磁场逆转的原因是什么？
55是否存在有助于预报的地震先兆？
56太阳系的其他星球上现在和过去是否存在生命？
57自然界中均质性的起源是什么？
58能否预测蛋白质折叠？
59人体中的蛋白质有多少存在方式？
60蛋白质如何发现其亲源？
61细胞死亡有多少种形式？
62是什么保持了细胞内的通畅？
63为什么细胞的成分可以独立于DNA而自行复制？
64基因组中功能不同于RNA的角色是什么？
65端粒和丝粒的基因功能是什么？
66为什么一些基因组很大，另一些又相当紧凑？
67基因组中的“垃圾”有何作用？
68新技术能使DNA测序的成本降低多少？
69器官和整个有机体如何了解停止生长的时间？
70除了继承突变，基因组如何改变？
71在胚胎期，不对称现象是如何确定的？
72翼、鳍和面孔如何发育进化？
73是什么引发了青春期？
74干细胞是否位于所有肿瘤的中心？
75肿瘤更容易通过免疫进行控制吗？
76肿瘤的控制比治愈是否更容易？
77炎症是所有慢性疾病的主要原因吗？
78疯牛病会怎样发展？
79脊椎动物在多大程度上依赖先天免疫系统来抵抗传染病？
80对抗原而言，免疫记忆需要延长暴露吗？
81为什么孕妇的免疫系统不拒绝其胎儿？
82什么与有机体的生物钟同步？
83迁徙生物怎样发现其迁移路线？
84为什么要睡眠？
85人类为什么会做梦？
86语言学习为什么存在临界期？
87信息素影响人类行为吗？
88一般麻醉剂如何发挥作用？
89导致精神分裂症的原因是什么？
90引发孤独症的原因是什么？
91阿兹海默症患者的生命能够延续多久？
92致瘾的生物学基础是什么？
93大脑如何建立道德观念？
94通过计算机进行学习的极限是什么？
95有多少个性源于遗传？
96性别倾向的生物学根源是什么？
97生命树是生命之间系统关系最好的表达方式吗？
98地球上有多少物种？
99什么是物种？
100横向转移为什么会发生在众多的物种中以及如何发生？
101谁是世界的共同祖先？
102植物的花朵如何进化？
103植物怎样制造细胞壁？
104如何控制植物生长？
105为什么所有的植物不能免疫一切疾病？
106外界压力环境下，植物的变异基础是什么？
107是什么引起物质消失？
108能否避免物种消亡？
109一些恐龙为什么如此庞大？
110生态系统对全球变暖的反应如何？
111至今共有多少人种，他们之间有何关联？
112是什么提升了现代人类的行为？
113什么是人类文化的根源？
114语言和音乐演化的根源是什么？
115什么是人种，人种如何进化？
116为什么一些国家向前发展，而有些国家的发展停滞？
117政府高额赤字对国家利益和经济增长速度有什么影响？
118政治与经济自由密切相关吗？
119为什么改变撒哈拉地区贫困状态的努力几乎全部失败？
120有没有简单的方法确定椭圆曲线是否存在无穷多解？
121霍奇闭链是代数闭链的和吗？
122数学家将会最终给出“纳维叶-斯托克斯（Navier-Stokes）”方程的解吗？
123庞加莱实验能否确定四维空间的球？
124黎曼zeta函数的零解都有a+bi形式吗？
125对粒子物理标准模型的研究是否会停止在量子“杨-米尔斯（Yahg-Mills）理论”上？
归纳统计这125个问题，其中涉及生命科学的问题占46%，关系宇宙和地球的问题占16%，与物质科学相关的问题占14%以上，认知科学问题占9%。其余问题分别涉及数学与计算机科学、政治与经济、能源、环境和人口等。
