Zentrale Grundlage für Experimente am Institut für Kernphysik ist das Mainzer Mikrotron MAMI, eine Beschleunigeranlage, die in ihrer jetzigen Ausbaustufe MAMI C einen Elektronenstrahl mit einer maximalen Energie von 1558 Millionen Elektronenvolt (MeV) liefert. Herausragende Eigenschaften von MAMI sind der hohe Strahlstrom von bis zu 100μA, eine exzellente Energieunschärfe von < 10-4 sowie eine extrem große Verlässlichkeit der Anlage, die 2008 über 7000 Betriebsstunden absolviert hat. Bei der Ausbaustufe MAMI C, die seit Beginn 2007 in Betrieb ist, handelt es sich um ein weltweit einmaliges harmonisch doppelseitiges Mikrotron (HDSM), das einer Anordnung von insgesamt drei Rennbahn-Mikrotronen nachgeschaltet ist. Ein wichtiger Aspekt des MAMI-Beschleunigers ist die Möglichkeit zur Strahlpolarisation von bis zu 80%, was Einfach- und Doppelpolarisationsexperimente bei allen experimentellen Aufbauten am Institut für Kernphysik erlaubt.
Der neue Beschleuniger MESA befindet sich aktuell im Bau.