Seit seiner Gründung im Jahr 1969 wurden hier sechs neue Elemente entdeckt, darunter Element 110 Darmstadtium. Mittels Teilchenbeschleunigungsanlagen werden im Helmholtzzentrum Grundlagenuntersuchungen im Bereich der Kern- und Atomphysik bis hin zu Materialforschung sowie Biophysik unternommen. Parallel dazu wurde eine neue Behandlungsmethode mit schweren Ionen für Tumorerkrankungen entwickelt und seit 1997 erfolgreich eingesetzt. In den kommenden Jahren wird bei GSI das neue internationale Beschleunigungszentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) entstehen, eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Mittels eines Doppelringbeschleunigers mit 1.100 Metern Umfang soll unter anderem die „Starke Kraft“ – die fundamentale Wechselwirkung, welche die Atomkerne zusammenhält – untersucht werden können.