高能天體物理的研究聚焦於由緻密天體主導的極端物理過程，特別是黑洞與中子星，透過觀測與建模各類劇烈現象加以探究，包括銀河系內的 X 射線聯星、脈衝星、脈衝星風星雲與磁星，以及宇宙學距離上的伽馬射線暴、超新星、快速射電暴、潮汐瓦解事件與活動星系核等。此領域的研究通常利用來自太空中的伽馬射線、X 射線望遠鏡，以及地面光學與射電望遠鏡的觀測數據。另一個重要的方法論重點是在極端重力、磁場與溫度條件下，發展並應用先進的數值模擬，來描繪吸積盤、外流與在這些環境中產生的輻射行為。研究目標是回答一系列基礎問題，例如恆星演化、緻密天體的形成與演化、中子星的狀態方程、黑洞在從小尺度到大尺度上的成長與回饋機制，以及巨大黑洞在宇宙歷史中塑造星系形成與演化所扮演的關鍵角色。
HKIAA 成員正積極投入高能天體物理多個前沿課題的研究，包括脈衝星與脈衝星風星雲（Stephen C. Y. Ng, Zhang, Chan, Zhao）、中子星（Lin, Zhang）、X 射線聯星（Zhang）、磁星（Stephen C. Y. Ng, Zhang）、伽馬射線暴（Zhang）、快速射電暴（Zhang）、超新星與超新星殘骸（Stephen C. Y. Ng, Zhang, Pun）、超大質量黑洞（Dai, Zhong, Leung）、潮汐瓦解事件（Dai, Zhang）、活動星系核（Dai, Zhang）、引力透鏡（Hannuksela），以及太陽伽馬射線（Kenny C. Y. Ng）等。
