Институт начал свое развитие в 1952 году с организации Магнитной лаборатории АН СССР по инициативе академика А.П. Александрова. В 1961 году лаборатория была включена в состав Института атомной энергии им. И.В. Курчатова в качестве сектора, затем отдела, а с 1971 года - филиала, директором которого до 1978 года был академик Е.П. Велихов. С 1978 года по декабрь 2003 года руководил институтом член-корреспондент РАН В.Д. Письменный. C мая 2004 года институт возглавлял доктор физико-математических наук, профессор В.Е. Черковец. В 2018 году генеральным директором АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ" стал доктор технических наук Д.В. Марков.

Результаты проводимых АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ" исследований обладают высокой степенью новизны, крайне актуальны и имеют обширную сферу применения.

Во-первых, они имеют фундаментальное значение для физики плазмы, твердого тела и полупроводников, изучения свойств веществ при воздействии на них высоких плотностей энергии, физики лазерных систем и газового разряда, исследования процессов преобразования энергии и др.

Во-вторых, они находят свое применение при разработке термоядерных реакторов, приборов и устройств для диагностики высокотемпературной плазмы и твердых тел, источников рентгеновского излучения, различного типа лазеров, плазменных ускорителей, новых технологических процессов с использованием плазменных потоков и лазерного излучения, материалов с улучшенными свойствами, автономных источников энергопитания, разведке и созданию систем мониторинга полезных ископаемых и др.

Видное место в научной тематике занимают исследования в области управляемого термоядерного синтеза (УТС), открывающие путь к осуществлению реакции синтеза легких элементов (дейтерия, трития) в режиме с контролируемым выделением мощности, проводимые на уникальной экспериментально - стендовой базе, включающей в себя установку "Ангара-5-1" (крупнейшую в Европе и в Азии установку для решения научных и прикладных задач по программам использования техники генерации импульсов сверхвысоких электрических мощностей), термоядерный комплекс "ТСП" (Токамак с сильным полем).

При проведении экспериментов по программе УТС разработан и создан спектрометр быстрых нейтронов на основе алмазного детектора, с помощью которого впервые в мире были проведены замеры спектра энергетического распределения и анизотропия спектров нейтронного излучения высокотемпературной дейтерий-тритиевой плазмы токамака и разработаны радиационно-стойкие средства измерения потоков и доз ионизирующих излучений.

Исследования динамики импульсной высокотемпературной плазмы, проводимые по программе УТС, позволили также разработать новые методы упрочнения материалов (уменьшение микрошероховатости поверхностного слоя, снижение коэффициента трения, повышение устойчивости к коррозии в агрессивных средах и др.) и создать для этого ряд соответствующих устройств. Преимущества метода плазменной обработки продемонстрированы на многих промышленных деталях. Уникальные плазменные ускорители 2МК200, КСПУ-B, КСПУ-Bе используются для исследования материалов первой стенки и дивертора международного экспериментального термоядерного реактора - ИТЭР.

Одним из традиционных для АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ" направлений научной деятельности являются исследования по лазерной физике, разработка перспективных типов лазеров и совершенствование характеристик лазерных систем.

Созданные лазерные установки с различными активными средами (СО2-лазеры, СО-лазеры, твердотельные лазеры, эксимерные лазеры) отличаются разнообразием режимов работы (непрерывные, импульсные, импульсно-периодические), и параметрами. Они могут применяться в самых различных отраслях - управляемый термоядерный синтез, диагностика плазмы, обработка различных материалов, лазерная химия и лазерное разделение изотопов, охрана окружающей среды и др.

В настоящее время большое внимание уделяется разработанным в институте передвижным лазерным технологическим комплексам. Эти установки позволяют осуществлять дистанционное воздействие лучом лазера мощностью до 50 кВт на различные объекты: в частности, резать металлические и железобетонные конструкции при демонтаже и аварийно-восстановительных работах на газовых и нефтяных скважинах и АЭС, а также при разделке на металлолом судов и подводных лодок (в том числе атомных). Эффективно применение мобильных установок для сжигания пленки разлившейся нефти, дезактивации поверхностей методом шелушения и других целей.

Созданные учеными института МГД-установки, продемонстрировали возможности их использования для зондирования земной коры, поиска полезных ископаемых и прогнозирования землетрясений.