政府主导原则。国家实验室作为大国重器，其性质决定了国家实验室必须要以满足国家和社会的紧迫需求为主要目的，这是原则性和方向性问题。因此，国家实验室的设计、投资、建设及评价都必须以国家相关部门为主导。对于国际顶尖国家实验室很多研究者存在认知误区，他们认为政府拥有、委托运营模式（简称GOCO）是主流模式也较为普遍，其实真实情况并非如此，真正体现国家意志的国家实验室的运营模式大多是政府拥有、政府运营模式（简称GOGO）。以美国国家实验室为例，国土安全部及NASA的国家实验室全部直接隶属于相关部委及其下属部门，能源部的国家实验室虽然只有一个实验室采取GOGO模式，但是其他实验室隶属的单位要么是大学及学会，要么是与国家相关部门关系密切的大型公司，看似代管但其实这些大学、学会及公司与政府之间的关系极其紧密。刚成立不久的实验室尤其是关涉国家关键领域的实验室，都直接隶属于政府相关部门，如国土安全部下属的成立刚10年左右的5个实验室、NASA下属的10个关系国家安全的国家实验室等。
重点突出原则。国家实验室作为前沿知识生产的源头，必须要有高精尖的设备和充足的人财物资源，这才能支撑起国家实验室在科技链条头部的地位。因此，必须重点突出地建设相关核心设施及突出研究亮点。虽然我国投入国家重点实验室体系及国家实验室建设的财政拨款逐年增加，但是相较美国等发达国家的国家实验室而言在投入规模方面还有较大的差距；此外，我国之前建设的国家实验室及国家重点实验室的数量规模已位居世界前列，但是实验室的人员规模普遍偏小（国外国家实验室人员平均规模是我们的10倍以上），实验室内部难以形成学科交叉、协同合作的条件，有的甚至和院（系）成了“一套班子、两块牌子”。国外顶尖实验室一般都有自身的独特科研设施及研究亮点，不管是单项目还是多功能实验室大都在其所属领域达到了国际顶尖水平，吸引了大量国内外的顶尖科学家和访问学者，大规模、跨学科的科研团队人员配备齐整，促进了实验室的协同创新。因此，接下来我们建设国家实验室必须做到两个突出，一是资源突出，尤其是先进大型科研设施及科研装置，着力建设具有国际顶尖水平的实验室，做到规模适当、学科交叉；二是重点突出，国家实验室功能定位准确、形成独特研究特色，在所属科研领域达到国际领先水平，同时加强国际交流与合作。
长效评价原则。国家实验室作为我国基础研究和前沿研究的蓄水池和压舱石，必须给其充分的自由和时间深入科学前沿领域进行探索性和持久性研究。目前国家重点实验室的科研人员在招聘、评价、选拔、管理等方面与其所属单位几乎采用同样的标准，评价体制不够灵活、单调的短期绩效模式以及深层激励机制的错位，导致“四唯”“五唯”（唯帽子、唯论文、唯项目、唯职称甚至唯奖项）盛行，这套僵化的不匹配评价体系造成国家实验室的功能出现失灵，更为严重的是，其运行偏差对实验室科研人员尤其是年轻人造成了很大的生存和发展压力。我国建设国家实验室也应该逐步采取长效评价原则，实验室负责承接大项目，科研人员主要负责承担子项目的科研任务，科研评价重视科研成果的理论意义和实际价值，放弃那些饮鸩止渴式的过频过滥的短期评价，从评价机制角度入手给予国家实验室的科研人员以更多的自由、时间和发展机会。
国家实验室的建设是中国科技体制在新时代推进范式转型的一次主动尝试，希望以此构建国家战略科技力量的基本格局，为了实现这个宏伟战略目标，总结以往经验教训，厘清关键原则势在必行。由于实验室的生态链相对简单与独立，改革起来便于控制环境变量，如果能够取得成功，对于后续的科技体制改革推进具有重大的示范作用，因此，基于历史经验得出的规则而行可以保证改革行稳致远。