실험실에서는 통계물리학적 방법을 사용하여 신경그물얼개, 알갱이계와 같은 복잡계의 특성을 연구하고 있다. 통계물리학은 무척 많은 입자로 이루어진 계의 거시적 성질을 확률적, 통계적 방법으로 구하는 물리학의 한 분야로 응집물리학, 생물학, 화학과 같은 전통 분야 뿐만 아니라 생체물리, 경제물리, 사회물리와 같이 최근 관심을 끌고 있는 다양한 분야에 적용할 수 있다.
대뇌는 무수히 많은 신경세포로 이루어져 있는데, 신경세포들은 많은 가지를 내뻗어서 주위의 다른 신경세포들과 시냅스를 통하여 연결되어 있다. 시냅스는 한 신경세포의 전기화학적 신호를 다른 신경세포에 전달할 때 그 세기를 조절하는 기능을 가지고 있다. 그런데 시냅스의 세기 정도는 비교적 긴 시간의 활동에 의해 변한다. 대뇌의 복잡하고 놀라운 기능들은 상대적으로 간단한 작용을 하는 수많은 신경세포들이 모여서 발현되는 협동현상으로 간주할 수 있다. 신경그물얼개는 그러한 대뇌를 흉내내는 수학적 모형으로 대뇌의 고차원적인 기능인 인지, 기억, 회상과 같은 작용을 뉴런들의 창발적인 작용으로 이해할 수 있게 한다.
알갱이계는100 μm ~ 0.5 m 크기의 알갱이로 이루어진 입자계이다. 알갱이들은 본질적으로 간단한 뉴턴의 법칙으로 기술되지만 그들의 집단적 거동은 대체로 단순하지 않다. 알갱이계의 거동은 분자계인 고체나 액체의 행동과 유사한 면도 있지만 이와는 다른 많은 특성을 가지고 있으며, 그 거동의 복잡성은 무늬, 계층구조, 쪽거리, 분리/무더기와 같은 창발적인 특성으로 나타난다. 밀가루, 설탕, 시멘트는 우리 주위에서 흔히 볼 수 있는 알갱이계로 산업 공정에서 효율성을 높이기 위해 오랫동안 연구해 왔으나 아직도 근본적으로 이해를 하지 못한다.