准确预见科技革命何时、何处发生是困难的，但也并非无迹可寻。从资源与需求面临的挑战看，以下领域和方向将最有可能发生重大科技创新突破。

　　在能源与资源领域，人类必须转变无节制耗用化石能源和自然资源的发展方式，迎来资源节约、高效、清洁、可循环利用的时代。这要求在一些基本科学问题上取得突破。例如，先进可再生能源和核能的开发，高效制氢与存储技术，不可再生资源的高效、清洁和循环利用，水资源高效利用及清洁循环，生物资源开发利用，深部地球、海洋和空间资源的开拓等。

　　在信息领域，无论是集成电路、存储器、计算机还是互联网等现有信息技术，都将遇到难以继续发展的障碍，呼唤信息科技新的突破。例如，新的网络理论，网络云计算，网络安全与智能管理，人机交互与语言文字图像的智能处理，海量数据挖掘与管理，自旋电子、分子、量子器件，光电子、量子、基因计算等。

　　在先进材料与制造领域，未来30至50年，能源、信息、环境、人口健康、重大公共工程等对材料和制造的需求将持续增长，先进材料和制造向全球化、绿色化、智能化方向发展，制造过程将更加清洁、高效和环境友好。新的突破可能发生在：绿色、智能材料结构与性能设计，制备过程精确控制及全寿命成本控制，极端条件下材料结构和性能演化规律，近终尺寸形貌加工以及材料器件一体化等。

　　在农业领域，将进入生态、高效、可持续的时代，在保障食物安全功能的同时，农业还将担负起缓解能源危机、提供多样需求和保护生态环境等使命。这要求在一些基本问题上取得突破，如，生物多样性规律，高效、优质、抗逆农业育种的科学基础与方法，营养、土壤、水、光、温与作物相互作用机理和精准控制方法，耕地可持续利用的科学基础，农业对气候变化的响应，健康食品的科学基础等。

　　在人口健康领域，全球人口在本世纪中叶可能达到90亿至100亿，人类必须控制人口增长，提高人口质量，保证食品和生态安全，防治重大流行病，并将关口前移，走一条低成本、普惠保健之路。这要求在一些基本科学技术问题上取得进展。例如，营养、环境、行为对人的生理心理健康的影响，基因遗传、变异与修复机理，疾病早期预测诊断与预防干预的科学基础，干细胞与再生医学，生殖健康和早期诊断治疗，老年退行性疾病延缓和治疗的科学基础等。

　　一些重要基本科学也正孕育着重大突破。例如，对暗物质、暗能量、反物质的探测，将深化人类对宇宙和物质世界的认识。探索对构成物质的分子、原子和电子的精确调控，进而在光/电/热转化、光合作用与光催化，能量、信息的储存、传输、处理等领域实现新突破。合成生物学的出现打开了从非生命的物质向人造生命转化的大门，为探索生命起源和进化开辟了新途径。人类将不断深化对脑和认知的探索，一旦突破，将导致科学思维方法的创新，进而推动认知科学、教育学、心理学、信息与计算科学的革命。