I fisici di tutto il mondo si propongono di utilizzare LHC per avere risposte a varie questioni che reputano fondamentali per il proseguimento dell'indagine fisica.

* Qual è l'origine della massa? In particolare, esiste il bosone di Higgs, particella prevista nel Modello Standard per dare origine alle masse delle particelle?
* Qual è l'origine della massa dei barioni? Generando del plasma di quark e gluoni si verificherà l'origine non-perturbativa di una larga frazione della massa dell'universo?
* Perché le particelle elementari presentano masse diverse? In altri termini, le particelle interagiscono con il campo di Higgs?
* Sappiamo ora che il 95% della massa dell'universo è costituita da materia diversa da quella ordinaria. Di che si tratta? In altre parole, cosa sono la materia oscura e l'energia oscura?
* Esistono le particelle supersimmetriche (SUSY)?
* Esistono altre dimensioni oltre alle tre spaziali e quella temporale, come previste da vari modelli di teoria delle stringhe?
* Quali sono le caratteristiche della violazione di CP che possono spiegare l'asimmetria tra materia e antimateria, cioè la quasi assenza di antimateria nell'universo?
* Cosa si può conoscere con maggiori dettagli di oggetti già noti (come il quark top)?