上海应物所成立于1959年，原名中国科学院上海原子核研究所，2003年6月改为现名。拥有上海嘉定园区（约400亩）和甘肃武威园区（约1000亩）。
上海应物所是国立综合性核科学技术研究机构，以钍基熔盐堆核能系统、高效能源存储与转换等先进能源科学技术为主要研究方向，同时兼顾核技术在环境、健康、材料领域的若干前沿应用研究，致力于熔盐堆、钍铀燃料循环、核能综合利用等领域的关键技术研发。
上海应物所的战略定位是引领国际钍基熔盐堆研发，成为国际领先的钍基熔盐堆核能系统研究中心、原始创新策源地和科技人才高地，为我国能源长期稳定供应（能源独立）和实现“双碳”目标提供重要的解决方案。
截至2023年底，上海应物所共有在职职工755人。其中科技人员504人、包括研究员及正高级工程技术人员116人、副研究员及高级工程技术人员236人。在站博士后34人。上海应物所是1981年国务院学位委员会批准的博士、硕士学位授予权单位之一，现设有粒子物理与原子核物理、核技术及应用、无机化学、核能科学与工程、光学等5个学术型博士学位培养点，材料与化工工程博士学位培养点，粒子物理与原子核物理、光学、无机化学、高分子化学与物理、生物物理学、核技术及应用、核能科学与工程、电磁场与微波技术、信号与信息处理、光学工程等10个学术型硕士学位培养点和能源动力、电子信息，生物与医药、材料与化工等4个类别工程硕士培养点，同时设有物理学、核科学与技术2个博士后流动站，共有在学研究生759人。
上海应物所承担中国科学院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统（TMSR）”，研究和发展相关核能科学与技术，打造TMSR全产业链，目标是成为拥有最先进、最完备实验设施和条件，以工业应用为目标的世界级钍基熔盐堆核能系统的研究中心。上海应物所还承担“变革性洁净能源技术与示范”、上海光源线站工程（二期）、X射线自由电子激光试验装置工程、X射线自由电子激光用户装置工程、首台国产质子治疗示范装置研制项目，国家重点研发项目，基金委重大项目等国家重要科研任务。
主办《核技术》《核科学技术（英文版）》《辐射研究和辐射工艺学报》等学术刊物。上海市核学会、中国核学会辐射研究与辐射工艺学分会、中国辐射防护学会粒子加速器辐射防护分会挂靠本所。
