高能天体物理的研究聚焦于由致密天体主导的极端物理过程，特别是黑洞与中子星，透过观测与建模各类剧烈现象加以探究，包括银河系内的 X 射线联星、脉冲星、脉冲星风星云与磁星，以及宇宙学距离上的伽马射线暴、超新星、快速射电暴、潮汐瓦解事件与活动星系核等。此领域的研究通常利用来自太空中的伽马射线、X 射线望远镜，以及地面光学与射电望远镜的观测数据。另一个重要的方法论重点是在极端重力、磁场与温度条件下，发展并应用先进的数值模拟，来描绘吸积盘、外流与在这些环境中产生的辐射行为。研究目标是回答一系列基础问题，例如恒星演化、致密天体的形成与演化、中子星的状态方程、黑洞在从小尺度到大尺度上的成长与回馈机制，以及巨大黑洞在宇宙历史中塑造星系形成与演化所扮演的关键角色。
HKIAA 成员正积极投入高能天体物理多个前沿课题的研究，包括脉冲星与脉冲星风星云（Stephen C. Y. Ng, Zhang, Chan, Zhao）、中子星（Lin, Zhang）、X 射线联星（Zhang）、磁星（Stephen C. Y. Ng, Zhang）、伽马射线暴（Zhang）、快速射电暴（Zhang）、超新星与超新星残骸（Stephen C. Y. Ng, Zhang, Pun）、超大质量黑洞（Dai, Zhong, Leung）、潮汐瓦解事件（Dai, Zhang）、活动星系核（Dai, Zhang）、引力透镜（Hannuksela），以及太阳伽马射线（Kenny C. Y. Ng）等。
