วิชาฟิสิกส์นิวเคลียร์มีลักษณะเด่นเฉพาะตัวหลายประการด้วยกัน ที่สำคัญได้แก่

วิธีการศึกษาวิชาฟิสิกส์นิวเคลียร์แบบหนึ่งที่ได้รับความนิยมมาก ก็คือการกระตุ้นนิวเคลียสด้วยอนุภาคนิวตรอนพลังงานสูง ทั้งนี้เพราะนิวตรอนเป็นอนุภาคที่มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า จึงสามารถเจาะลึกเข้าไปในนิวเคลียสได้ทุกระดับพลังงาน วิธีการผลิตรังสีนิวตรอนพลังงานสูงวิธีหนึ่งที่นิยมใช้กันอยู่ทั่วโลกอีกทั้งยังมีต้นทุนต่ำกว่าวิธีอื่น ๆ ก็คือโดยการใช้เครื่องกำเนิดรังสีนิวตรอน (Neutron Generator).

ในปี พ.ศ. 2514 ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ได้นำเครื่องกำเนิดรังสีนิวตรอนเข้ามาใช้เป็นเครื่องแรกในประเทศ และนี่เป็นเอกสิทธิ์เฉพาะของคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่เท่านั้น แต่ที่สำคัญมิได้ยิ่งหย่อนไปกว่ากันก็คือ นับตั้งแต่นั้นมางานวิจัยและการเรียนการสอนในด้านนิวตรอนพลังงานสูง ทั้งในแง่ทฤษฎีและการประยุกต์ก็ได้เติบโตก้าวหน้าขึ้นเป็นลำดับ

ในปี พ.ศ. 2534 ห้องปฏิบัติการฯ ได้ประสบความสำเร็จในการสร้างเครื่องเร่งอนุภาคผลิตรังสีนิวตรอนแบบเป็นห้วงที่กว้าง 2 x 10-9 วินาที [ผลงานนี้ได้รับรางวัลที่ 2 ของผลงานคิดค้น/สิ่งประดิษฐ์ซึ่งเป็นประโยชน์แก่ประเทศชาติ ประจำปี พ.ศ. 2534 จากคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ]

ต่อมาในปี พ.ศ. 2538 ห้องปฏิบัติการฯ ก็ได้ประสบความสำเร็จอีกครั้งหนึ่ง ในการสร้างเครื่องเร่งไนโตรเจนไอออน เพื่อการเคลือบฝังผิวโลหะ (Nitrogen Ion Implanter) [ผลงานนี้ได้รับรางวัลที่ 3 ของรางวัลผลงานประดิษฐ์คิดค้น ประจำปี 2538 จากคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ]

จวบจนปัจจุบัน การดำเนินงานที่มีผลสัมฤทธิ์เป็นรูปธรรมอย่างต่อเนื่อง ได้เป็นที่ประจักษ์แจ้งแล้วต่อวงการวิทยาศาสตร์ไทย ดังจะเห็นได้จากการที่ว่า ในปี พ.ศ. 2538 สภาวิจัยแห่งชาติได้ยอมรับและยกย่องให้ผู้ประสานงานของห้องปฏิบัติการฯ คือ รศ.ดร.ถิรพัฒน์ วิลัยทอง เป็นนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติสาขา วิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ ซึ่งยังไม่เคยมีบุคลากรของคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ที่จะได้รับเกียรติเช่นนี้มาก่อนเลย

ณ จุดนี้ได้แสดงให้เห็นแล้วว่า การสนับสนุนอย่างสม่ำเสมอย่อมส่งเสริมให้เกิดการพัฒนาของบุคลากรและองค์ความรู้อย่างต่อเนื่อง และเข้มแข็งพอที่จะก่อให้เกิดมิติแห่งการพัฒนาเทคโนโลยีข้างเคียงควบคู่ไปด้วย ซึ่งในกรณีนี้ได้แก่เทคโนโลยีสูญญากาศ เทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาค เทคโนโลยีวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีการวิเคราะห์และตรวจสอบคุณภาพของวัสดุ ฯลฯ ซึ่งล้วนเป็นเทคโนโลยีพื้นฐานของการ พัฒนาวงการอุตสาหกรรมขั้นสูงของประเทศในอนาคต

การดำเนินการของห้องปฏิบัติการวิจัยนิวตรอน มี 4 แนวทาง ดังนี้คือ