La Física Experimental de Altas Energías o Física de Partículas Elementales surge en España en la década de los 60 en la Junta de Energía Nuclear. En los últimos 30 años el CIEMAT ha diversificado e incrementado su participación en los programas de investigación de los más importantes laboratorios internacionales del mundo, destacando su presencia en el mayor de ellos: el CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear, Ginebra, Suiza). Desde 1991 un grupo de investigadores del CIEMAT participa en la construcción del experimento CMS (Compact Muon Solenoid) para el acelerador LHC (Large Hadron Collider).
El LHC, que ha iniciado su funcionamiento en noviembre de 2009 y se espera que opere durante los próximos 20 años, es la mayor y más compleja instalación científica construida hasta la fecha. El LHC pretende dar respuestas a algunas de las cuestiones más importantes en el ámbito de la física sub-nuclear (el origen de las masas, la asimetría materia-antimateria, la naturaleza de la materia oscura, el plasma de quarks y gluones, etc.).
CMS es un colosal detector de más de 14 mil toneladas y 100 millones de sensores electrónicos y el grupo del CIEMAT ha construido una parte importante del sistema de detección de muones.
El CIEMAT ha desempeñado un importante papel para el fomento de la participación industrial de empresas españolas en la construcción del LHC y ha tenido un muy activo papel en tareas de divulgación. Por otra parte, el CIEMAT contribuye a la financiación y organización científica de las CERN-Latin-American School of High Energy Physics que cada dos años se celebran en un país latinoamericano.