硬X射线自由电子激光具有更高的亮度、更短的脉冲结构和更好的相干性，能提供的X射线峰值亮度比第三代同步辐射光源高10的9次方倍。具备纳米级的超高空间分辨能力和飞秒级的超快时间分辨能力。另外，X射线自由电子激光可将对微观世界的研究能力从拍“分子照片”提升到拍“分子电影”的水平，也可同时满足面向物质、单分子、超强超短单颗粒成像，以及极端光物理等多个实验站的需求。