SACLAにより、生物、化学、物理などのサイエンスの分野の枠組みを越えた利用研究が行われています。理論支援チームでは、そうしたXFEL利用の可能性を引き出すための理論研究を行なっています。主にX線光学や非線形量子光学に立脚しながら、異なる分野における研究で使われている様々な考え方や手法をXFELへと輸入して応用できるという、理論研究ならではの特色を生かしつつ、新しい現象の開拓を目指しています。素粒子物理、X線光学、メタマテリアルなどの物理の諸分野との共同研究のみならず、化学や生物の実験グループとも緊密な議論を重ねることによって、XFELによる新現象を理論から予測、実験によって検証、予測を超えた新たな実験結果の発現、実験結果から理論にフィードバック、というように実験と理論とを有機的に結びつけながら研究をすすめています。