在第二十一届中国科协年会闭幕式上，中国科协发布了2019年20个对科学发展具有导向作用、对技术和产业创新具有关键作用的前沿科学问题和工程技术难题。这些问题既和当下的国计民生息息相关，又有面向未来的战略意义。
中国科协自2018年起通过所属全国学会及学会联合体，面向广大科技工作者开展了重大科学问题和工程技术难题征集发布活动。2019年的征集发布活动得到81家全国学会、学会联合体的积极参与，有736位科技工作者参与撰写、1527位专家学者参与推荐、7079名科研一线科学家参与线上初选、124名学科领军专家参与复选线上投票、52名专家参与复选现场评议会、27名院士专家参与终选。
最终确定发布的20个重大科学问题和工程技术难题如下（1-10）：
1.暗物质是种能探测到的基本粒子吗？暗物质很可能是一种未知的、相互作用非常微弱的基本粒子，可以建造超级灵敏的粒子探测器来进行研究。暗物质粒子一旦被发现，将成为人类科学史上具有划时代意义的重大成就，会对未来粒子物理与天体物理的发展产生巨大影响。
（中国物理学会推荐）
2.对激光核聚变新途径的探索。激光核聚变的成功实现将有望解决困扰人类多年的能源问题，还可用于模拟核武器相关过程，可带来巨大的经济与社会效益，并保障国家安全。
(中国物理学会推荐)
3.单原子催化剂的催化反应机理。该问题的突破，将进一步丰富催化领域的理论知识，指导新型催化剂的设计、研发以及制备，拓宽催化剂的应用范围，有助于实现物质“原子经济性”，对催化及相关领域有重大贡献，或将伴随新兴研究领域的出现。
（中国化学会推荐）
4.高能量密度动力电池材料电化学。突破高能量密度动力电池核心材料体系的技术瓶颈，实现高能量密度动力电池工程化，可从根本上消除电动汽车行业“续航里程焦虑”问题。这一研究的突破将快速推动该产业的发展，对振兴中国汽车产业、保障能源安全、节能减排等有重要意义。
（中国化学会推荐）
5.情绪意识的产生根源。这一研究指向人类对深邃而复杂情感世界的认识和理解，有助于解释人类社会独特性的进化依据，或将重塑人类生存和发展的理解框架。
（中国心理学会推荐）
6.细胞器之间的相互作用。该研究利用多学科交叉前沿技术，研究细胞器相互作用网络的分子细胞生物学机制，对细胞器网络在生物膜稳态维持、动态变化等重要细胞生命过程中的作用提出原创性理论，以支持相关重大疾病的诊断、预防和新药研发。
（中国细胞生物学学会推荐）
7.单细胞多组学技术。该技术可系统地鉴定细胞异质性和识别罕见细胞类型，在遗传特性、生化特征和生理功能方面提供前所未有的精准数据，可广泛应用于胚胎发育、细胞分化和谱系追踪，以及人体生理功能和疾病发生发展的研究。（中国细胞生物学学会推荐）
8.废弃物资源生态安全利用技术集成。该技术可解决大量养分资源仅能作废弃物或因处理不当而造成的资源浪费，有效控制环境污染和耕地质量风险，引导工农业废弃物资源循环利用产业链和价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、投入品减量化等目标，促进农业可持续发展。
（中国农学会推荐）
9.全智能化植物工厂关键技术难题。智能化植物工厂可提供农业与大都市食品安全生产的新模式，并在智能化装备与管理决策系统、新型LED光源与光能有效利用、新型作物品种改良等方面掌握核心技术，将促进人工智能与农业科学等多学科的交叉与融合。
（中国植物生理与分子生物学学会推荐）
10.近地小天体调查、防御与开发问题。该研究可整合拉动地面设施、太空探索、太空开发及太空经济研究，发展航天未来技术和牵引太阳系演化前沿科学研究，助推小天体撞击天地一体预警体系及国际大科学计划发展，体现负责任的大国担当。
（中国空间科学学会推荐）
