Проблема космической радиации остаётся главным препятствием для длительных космических миссий. Все экспедиции длительностью более 300–400 суток неизбежно сталкиваются с критическими проблемами из-за радиационного воздействия. Особенно опасно влияние излучения на когнитивные функции космонавтов, что делает невозможным успешное выполнение длительных полётов.

Институт ведёт комплексные исследования по двум основным направлениям защиты. Первое — разработка инновационных материалов для обшивки космических кораблей, которые должны эффективно задерживать космическое излучение при минимальном весе. Второе — поиск специальных препаратов, способствующих быстрому восстановлению ДНК человека после радиационного воздействия, в том числе устранению опасных двунитевых разрывов.

Международное сотрудничество играет важную роль в этих исследованиях. ОИЯИ работает совместно с Федеральным медико-биологическим агентством, Российской академией наук, а также с зарубежными партнёрами — Японским и Европейским космическими агентствами и NASA.

Особое внимание уделяется экспериментам с живыми организмами. Специалисты Института участвовали в подготовке мышей к полёту на спутнике «Бион-М» в 2025 году и сейчас анализируют изменения в их когнитивных функциях после возвращения.

Вклад в исследование Марса также является значимой частью работы института. Созданный в Дубне нейтронный генератор стал ключевым элементом марсохода Curiosity, благодаря которому удалось подтвердить наличие воды на Красной планете в различных состояниях. Эти исследования продолжаются до сих пор.