進入二十世紀，各類物理實驗室如雨後春筍，研究工作廣泛開展。可以說，實驗室是科學的搖籃，是科學研究的基地。下面選取若干有代表性的，對科學發展起過或正在起重要作用的物理實驗室，分別作些介紹。
類型一
建立在大學裡面，附屬於大學的實驗室。除了英國劍橋大學的卡文迪許實驗室以外，還可以舉出許多，其中著名的有莫斯科大學的物理實驗室，荷蘭萊頓大學的低溫實驗室，美國哈佛大學的傑佛遜（Jefferson）物理實驗室，加州伯克利分校的勞倫斯輻射實驗室，英國曼徹斯特大學的物理實驗室。它們大都以基礎研究為主，各有特長。
荷蘭的萊頓低溫實驗室
二十世紀初，這個實驗室在昂納斯（K.Onnes）領導下，在低溫領域獨佔鰲頭，最先實現了氦的液化，發現了超導電性，並一直在低溫和超導領域居領先地位。特別是它以大規模工業技術發展實驗室，開創了大科學的新紀元。荷蘭是一個工業小國，荷蘭萊頓低溫實驗室的經驗特別值得學習和借鑑。
美國加州大學伯克利分校的勞倫斯輻射實驗室
它是電子直線加速器的發源地，創建於30年代，當時正值經濟蕭條時期，創建人勞倫斯以其特有的組織才能，充分發掘美國的人力、物力和財力，建起了第一批加速器。在他的領導組織下，實驗室成員開展了廣泛的科學研究，發現了一系列超重元素，開闢了放射性同位素、重離子科學等研究方向。它是美國一系列著名實驗室：Livermore、Los Alamos、Brookhaven等實驗室的先驅，也是世界上成百所加速器實驗室的楷模。
類型二
實驗室屬於國家機構，有的甚至是國際機構，由好幾個國家聯合承辦。它們大多從事於基本計量，高精尖項目，超大型的研究課題和國防軍事任務。
德國的帝國技術物理研究所（簡稱PTR）
帝國技術物理研究所建於1884年，相當於德國的國家計量局，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。
英國國家物理實驗室（簡稱NPL）
英國的國家物理實驗室，是英國曆史悠久的計量基準研究中心，創建於1900年。1981年分為6個部：電氣科學、材料應用、力學與光學計量、數值分析與計算機科學、量子計量、輻射科學與聲學。
作為高度工業化國家的計量中心，與全國工業、政府各部門、商業機構有著廣泛的日常聯繫，對外則作為國家代表機構，與各國際組織、各國計量中心聯繫。它還對環境保護，例如噪聲、電磁輻射、大氣汙染等方面向政府提供建議。英國國家物理實驗室共有科技人員約1000人，1969年最高達1800人。
歐洲核子研究中心（簡稱CERN）
歐洲核子研究中心創立於1954年，是規模最大的一個國際性的實驗組織。它的創建、方針、組織、選題、經費和研究計劃的執行，都很有特點。1983年在這裡發現W±和Z0粒子，次年該中心兩位物理學家魯比亞和範德梅爾獲諾貝爾物理獎。
歐洲核子研究中心是在聯合國教科文組織的倡導下，由歐洲11個國家從1951年開始籌劃，現已有13個成員國。經費由各成員國分攤，所長由理事會任命，任期5年。下設管理委員會、研究委員會和實驗委員會，組織精幹，管理完善。人員總數達6000人，多為招聘制。三十餘年來，先後建成質子同步迴旋加速器、質子同步加速器、交叉儲存環（ISR）、超質子同步加速器（SPS）、大型正負電子對撞機（LEP）、並擁有世界上最大的氫氣泡室（BEBL）。
歐洲核子研究中心作為國際性實驗機構，擁有雄厚的財力、物力和技術力量。由於工作涉及許多國家和組織，在建設和研究中難免會出現種種矛盾和摩擦，但經過協商和合作，工作進行順利，龐大計劃都能按時兌現，接連不斷取得舉世矚目的成就。
類型三
實驗室直接歸屬於工業企業部門，為工業技術的開發與研究服務。其中最著名的有貝爾實驗室和IBM研究實驗室。
貝爾實驗室
貝爾實驗室原名貝爾電話實驗室，成立於1925年，是一所最有影響的由工業企業經營的研究實驗室。主要宗旨是進行通訊科學的研究，有研究人員20000人，下屬6個研究部，共14個分部，56個實驗室，每年經費達22億美元，其中10%用於基礎研究。除了無線電電子學以外，在固體物理學（其中包括磁學、半導體、表面物理學）、天體物理學、量子物理學和核物理學等方面都有很高水平。在這個研究機構中擁有一大批高水平的科研人員，幾十年來獲得諾貝爾物理獎的先後有：發明電子衍射的戴維森，發明晶體管的肖克利、巴丁和布拉坦，發明激光器的湯斯和肖洛，理論物理學家安德遜，射電天文學家彭齊亞斯和威爾遜。
貝爾實驗室的經驗很值得借鑑。工業企業對科學研究，特別是對基礎研究的重視;開發和研究二位一體；領導有遠見有魄力，善於抓住有生命力的新課題，這些都是有益的經驗。
IBM研究實驗室
IBM是International Bisiness Machines Corporation（美國國際商用機器公司）的簡稱，現已發展成為跨國公司，在計算機生產與革新中居世界領先地位。它創建於1911年，原名Computing Tabulating Recording Co.（C.T.R.），是由三家生產統計機械、時間記錄器的公司組成。這些公司分別創建於1889、1890、1891年。1984年底，IBM公司的僱員超過39000人，業務遍及130個國家。IBM研究實驗室也叫IBM研究部，共有研究人員3500人，（還吸收許多博士後和訪問學者參加工作），專 門從事基礎科學研究，並探索與產品有關的技術，其特點是將這兩者結合在一起。科學家在這裡工作，一方面推進基礎科學，一方面提出對實際應用有益的科學新思想。其研究部下屬四個研究中心：
（1）在美國紐約的Thomas J.Watson研究中心。從事計算機科學、輸入/輸出技術、生產性研究數學、物理學、記憶和邏輯等方面的研究。其中物理學包括：凝聚態物理、超微結構、材料科學、顯微技術、表面物理、激光物理以至天文學和基本粒子。
（2）在美國加州的Almaden研究中心。除了計算機科學以外，還進行高溫超導、等離子體、掃描隧道顯微鏡和同步輻射等研究。
（3）瑞士Zurich研究中心。重點是激光科學與技術，特別是半導體激光器、光學儲存、光電材料、分子束外延、高溫超導、超顯微技術等方面，還進行信息處理等計算機科學研究。
（4）日本東京研究中心。內分計算機科學研究所、新技術研究所和東京科學中心，主要是結合計算機的生產和革新進行研究。
進入80年代，IBM研究中心成績斐然，兩屆諾貝爾物理獎都被它的成員奪得：一是因發明掃描隧道顯微鏡，賓尼格（G.K.Ginnig）與羅勒爾（H.Rohrer）共獲1986年諾貝爾物理獎的一半，二是因發現金屬氧化物的高溫超導電性，柏諾茲（J.G.Bednorz）和繆勒（K.A.Müller）共獲1987年獎。
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