国家实验室是面向世界科技前沿和国家战略需求开展高水平基础和应用基础研究的战略科技力量和重大原始创新的平台。如何强化目标导向的国家实验室战略性基础研究，并与产学研开展关键技术协同攻关，提高我国前沿技术和战略领域的原始创新能力，是我国国家实验室建设中亟待解决的关键问题。美国能源部国家实验室是美国开展战略性基础研究和前沿技术探索的核心力量，在世界同类机构中处于领先地位。基于基础研究投入-产出分析框架，对美国能源部国家实验室战略性基础研究组织运行模式及产出特征进行系统调研和分析，研究发现，美国能源部国家实验室基于明确的战略定位和研究方向，组织开展战略性基础研究，在经费投入结构和研发团队结构、基础研究产出水平、学科领域布局等方面各具特点；国家实验室通过与政府、非营利机构、大学和企业以及国家实验室之间的合作开展协同研究与创新，同时开展差异化的国际合作研究，形成以发达国家为主、并不断加强与中国合作的国际合作模式。研究结果对我国布局建设国家实验室、开展战略性基础研究具有重要的参鉴价值。