作為國家戰略性科技力量，國家實驗室往往應國家戰略需求而建立，圍繞國家使命開展基礎性、前沿性和戰略性的科研任務，從事高校或民間研究機構難以開展的研究。美國國家實驗室是一個十分龐大的系統，興起于二戰前后，在美國國防、航空航天、能源等領域取得了巨大成就。例如，洛斯阿拉莫斯國家實驗室發軔于曼哈頓工程，研制出了世界首枚原子彈。勞倫斯伯克利國家實驗室為幫助判斷什么是二戰時最有價值的三個技術開發項目（原子彈、低空爆炸信管和雷達）作出了貢獻。隨著冷戰結束，美國國家實驗室的使命也在與時俱進，研究領域也從保障國家安全的武器研發逐步擴展到海洋、能源、健康、信息、材料等重大科學前沿與支撐經濟社會發展的領域，并開始更多地從事跨學科、綜合性研究。

國家實驗室體現國家戰略意圖，是搶占國際前沿制高點的主力軍，須由政府提供高強度支持，指定研究方向，配套大科學裝置群，使一大批優秀科技人才心無旁騖地從事科學研究，催生重大科學發現和顛覆性創新成果。美國大型國家實驗室經費充足，有的運營經費達數億甚至數十億美元，有的科學家和工程師隊伍多達數千人。科研活動是高度創造性的活動，“好鋼要用在刀刃上”，科研人員薪資往往在運營經費中占大頭。大型國家實驗室往往運行著大量世界一流的國家重大科研基礎設施，助科學家取得重大科研突破。美國能源部建造和運行了美國的許多重大科研基礎設施，如先進光源、加速器、超級計算機和納米材料制造設施，2015財年來自大學、國家實驗室和國際伙伴的用戶達2.8萬名。

國家實驗室代表國家戰略創新的最高水平，更注重內在的“實”，而非外在的“虛”。勞倫斯伯克利國家實驗室占地81公頃，有76座科研大樓等建筑群。真正令人敬仰的是，它在科學界幾乎相當于“卓越”的同義詞，獲得諾貝爾獎的相關科學家有13位，有90多位科學家和工程師分別入選美國科學院院士、工程院院士、醫學院院士，有13位科學家獲得美國科學領域的最高終身成就獎——國家科學勛章。國家實驗室往往是重大科研成果的主要誕生地。2016年，美國國家實驗室共斬獲37項“研發100大獎”，橡樹嶺國家實驗室獲得7項之多。

美國政府越來越把國家實驗室當作經濟資產，賦予其促進經濟發展的使命。美國政府早就通過一系列旨在促進技術轉移的法律，推進國家實驗室與企業之間的人員、技術、設備、信息等方面的交流與合作，并把技術轉移規定為國家實驗室的一項專門任務。如今，勞倫斯伯克利國家實驗室年度科研經費近10億美元，而它為美國經濟增長帶來的年度效益更是接近20億美元。

美國國家實驗室有“國有國營”（GOGO）和“國有民營”（GOCO）兩種管理模式，但“國有民營”模式因其管理上的靈活性而更受矚目。“國有民營”模式是主管部門以簽訂合同方式委托承包商（大學或非營利科研機構）運營管理國家實驗室，讓實驗室在優先開展國家層面研究的同時，也接受非政府機構更靈活、更具競爭性的管理。政府主管部門通常在實驗室或其附近設立駐地辦公室，進行實地監督。五年一次的績效考核淘汰機制打破了運營方永久擁有“金飯碗”的幻想，使之努力提高績效。“國有民營”模式還使國家實驗室運營方能夠根據科研活動的需要靈活地雇傭或淘汰科研人員，能夠根據科學家的水平制定相適應的薪酬制度，可按照管理實驗室運營方（如大學）的政策更簡便地進行成果轉化。

不過，任何一個硬幣都有正面和反面。大型國家實驗室也會招致質疑和擔憂，例如，機構臃腫、官僚作風與效率低下。美國能源部對國家實驗室的監管是越位和缺位并存。例如，能源部越過運營方，直接干預實驗室內部管理。負責監管某實驗室的駐地辦公室有200多個聯邦雇員，是聯邦資源的極大浪費。能源部對實驗室管理和監督的流程變得比以前更煩瑣。在大科學裝置開放共享方面也存在監管缺位，大學科學家的使用申請容易獲批，而企業科學家的申請往往以學術價值較低為由被拒。能源部的線性組織架構與國家實驗室科研業務活動范圍不斷拓展和多頭經費來源的形勢也不適應。國家實驗室還需要更好地向下扎根本地，更好地促進產業創新。這些質疑和問題與有益經驗一樣，同樣值得我們重視。