國家實驗室是由國家直接投資建立的，屬於科學與工程研究類的國家科技創新基地。
它們體現了國家的意志，實現了國家的使命，並代表國家水平，是國家戰略科技力量的重要組成部分。這些實驗室面向國際科技競爭，是創新的基礎平臺，同時也是保障國家安全的核心支撐。它們通常圍繞國家戰略需求和重大科技問題，開展基礎研究、競爭前高技術研究和社會公益研究，積極承擔國家重大科研任務，致力於產生具有原始創新和自主知識產權的重大科研成果，爲國家經濟建設、社會發展和國家安全提供科技支撐。國家實驗室在規模、影響力和重要性方面通常遠超一般的研究機構，如“國家同步輻射實驗室”和“航空科學與技術國家實驗室”等，它們往往是多學科交叉的創新平臺，具備體量大、水平高、隊伍強、學科綜合交叉和體制機制創新等特點。