Le LAL est impliqué dans de nombreux projets de recherche fondamentale allant de la physique des particules à la cosmologie. Son but premier est donc de contribuer à la compréhension des lois de la Nature, étudiées à la fois via « l’infiniment petit » (particules élémentaires et interactions fondamentales) et « l’infiniment grand » (histoire, composition et évolution de l’Univers). 
Les équipes du LAL ont fortement contribué à la découverte du boson de Higgs au CERN en 2012.