災害の軽減や防災対策の立案に貢献するため，地震・火山現象の科学的な理解に基づいた地震発生の予測や火山現象の予測に関する研究を進める。地震発生の予測では，史料・考古・地形・地質データに加えて，地殻変動・地震活動等の観測データ，実験・数値シミュレーションの結果も用いた新たな長期予測手法を開発し，国の長期評価等の防災施策に活用されることを目指す。また，逐次追加される種々の観測データを地震発生の物理モデルあるいは経験的な確率予測モデルに与え，大地震の発生及びその後の推移を定量的に予測する手法を開発・改良する。火山噴火の予測では，地球物理・物質科学的データに基づく定量的指標を用いた火山活動の評価方法を提示する。火山活動推移モデルの構築が進んでいる火山においては，活動予測を試行し，手法を改良しながら予測精度の向上を図る。
主に史料・考古・地形・地質のデータに基づく過去の地震発生履歴を用いた従来の長期予測では，最新の観測や実験・解析により得られる新たな知見が活かしきれていない状況にある。そのため，地震発生履歴に加えて，測地観測や地震活動データ，室内実験，数値シミュレーションに基づいた物理過程を考慮した地震発生モデルの構築を通じ，新たな長期予測手法の開発を目指す。海底地殻変動観測や地質調査を行いプレート境界の状態を把握するほか，地震発生過程の断層スケール依存性を明らかにする室内実験及び地震発生サイクルシミュレーションを実施する。また，地殻活動データに基づく内陸地震の長期予測モデルを高度化し，既存の長期予測手法との融合を目指す。
○大学は，日本海溝沿いを主対象に，地震発生履歴と近代観測による地震活動及び地殻変動の時空間変化を再現する地震発生サイクルシミュレーションモデルを構築し，東北地方太平洋沖地震後のプレート境界地震の発生時期と規模の予測を試行する。
○大学は，南海トラフ域において海底地殻変動観測や海底電磁気観測を実施し，プレート境界固着や間隙流体分布を明らかにすることで南海トラフ地震震源域の場の理解を進める。一方で，過去の巨大地震の情報が少ない南西諸島海溝域のプレート境界固着状態を明らかにするための海底地殻変動観測も実施する。
○大学は，フィリピン海プレート縁辺部を対象に，津波堆積物の現地調査，掘削試料の分析，網羅的な津波数値計算に基づく波源の検討を行い，歴史・先史時代に発生した巨大地震・津波を，史料・考古データも踏まえて統合的に解明する。
○防災科学技術研究所は，地殻変動や地震・津波等の多様な観測成果と室内実験から得られる知見を組み込んだ大規模地震発生サイクルシミュレーションによって，南海トラフ地震等の巨大地震の長期予測の高度化に資する地震発生モデルを構築する。
○大学は，活断層帯を対象として，観測データを考慮した地震発生サイクルシミュレーション及び動的破壊シミュレーションと，最近発生した地震の観測データや古地震についての地形学・地質学的調査結果とを比較し，シミュレーションの検証及び改良を行う。
○大学は，主に長大活断層系を対象に，詳細な変動地形解析と第四紀地質学に基づく古地震調査研究によって，変位速度分布，構造発達過程及び活動履歴の復元を行うとともに，断層のセグメント構造や変動地形，地下構造，地震活動，応力場などに基づいた内陸地震発生モデルを構築する。
○大学は，構造探査によるプレート構造の推定，震源断層モデルの推定や改訂，震源断層面上に作用する応力の状態等に基づき，プレート間相互作用を考慮した物理モデルによる長期予測手法の開発を進める。
○大学は，測地観測データや地震活動データに基づいた長期予測モデルの高度化を行うとともに，活断層の長期評価等も含めた複数の予測結果の結合方法を検討する。さらに，地震やゆっくりすべり等の地殻活動の時間発展を考慮した予測手法の高度化も行う。
○奈良文化財研究所は，信頼性の高い史料に記された地震被害や有感地震の記述を用いて，前近代に発生した内陸地震の震度分布図を作成する。現行の活断層の調査・研究成果や地震動の数値計算等を組み合わせて，長期予測に資する過去の地震活動の実態を解明する。
観測データを地震発生の物理モデルあるいは経験的な確率予測モデルに追加することで 地震発生確率を逐次更新していく予測手法の開発・改良を行う。物理モデルに基づくアプローチでは，様々な地殻活動観測データからプレート境界や断層のすべり速度分布を推定するとともに，応力—すべりの構成則に合うように応力・固着状態・摩擦パラメータを推定して，その延長として今後を予測するデータ同化の考え方に立脚する。観測データに基づく経験的アプローチでは，観測データを入力とする客観的アルゴリズムによる試行予測と検証を行い，予測アルゴリズムを改善する。先行現象を網羅的に検出する方法を開発するほか，機械学習等のデータ駆動科学の導入により，人間の直感では気付きがたい先行現象も探索する。また，時間更新型の予測情報の社会的有用性についても検討する。
○大学は，繰り返し地震カタログ作成の対象地域を世界に広げ，プレート境界及び内陸断層の固着状態を幅広い時空間スケールでモニタリングする。島しょ部の観測空白域での地震観測も継続する。また，任意の場所の繰り返し地震活動を即時に把握できるシステムを構築し公開する。
○大学及び産業技術総合研究所，防災科学技術研究所は，地殻活動の継続的な観測を行うとともに，通常の地震とスロー地震の検出手法を高度化して，カタログの解析帯域及び解析項目，対象時空間を拡充する。さらに，他機関の定常観測データも用いてプレート境界の固着度をモニターし，それに基づく地震発生のシミュレーションモデルを構築する。
○海洋研究開発機構は，海域で得られるデータも用いて高精度化した地震発生帯の地下構造モデルに基づき，地震の準備・発生過程のシミュレーション及び地殻活動の解析を高度化する。また，データ同化手法を実データに適用してすべり推移予測を試行する。
○大学は，豊後水道周辺や琉球地域等でGNSS観測を行う。プレート境界の摩擦特性推定・すべりの推移予測を目指して，プレート形状・粘弾性構造なども考慮したゆっくりすべりのデータ同化モデルを開発し，観測された測地データに適用する。
○大学は，地震やゆっくりすべり等の地殻活動に伴う応力載荷レートの時間変化を反映した中期予測に基づき複数の地域でのシナリオを検討する。
○大学及び海洋研究開発機構は，ゆっくりすべり発生域での構造探査・重力・電磁気観測等から様々なスロー地震活動の時空間変化を支配する要因を解明し，物理モデルに反映させる。
○大学は，繰り返し地震等を用いて階層的破壊の実像解明を進めるとともに，様々な環境での繰り返し地震を比較して繰り返し性の程度を支配する要因等を探る。また，階層的構造場の破壊シミュレーションを高度化して，現実的な地震発生サイクル計算を目指す。さらに，事例解析に基づき，大地震の前震活動とゆっくりすべりの関連性を考察する。
○大学は，各種先行現象候補に基づく試行予測と地震カタログの比較による予測能力評価を
継続・拡充する。電磁気・地球化学データについては独自観測及びデータ収集を継続する。また，海外のグループが取得した衛星観測データの活用を通じて国際共同研究を推進する。
○大学は，機械学習などのデータ駆動手法も活用して，観測データの特徴づけと異常抽出の手法を高度化する。また，複数の先行現象の情報を組み込んだ確率予測モデルを構築する。
○大学は，ETASモデルなどの比較的確立された手法について，地震発生確率の予測性能の系統的な事後検証を行うとともに，その予測情報の社会的有用性について検討する。
○大学は，測地データの機械学習や微小地震活動情報に基づくゆっくりすべりの検出手法を開発し，これを過去の多数の事例に適用することにより，ゆっくりすべり発生後に大地震が発生する確率を求める。
○大学は，高速な類似波形探索により同一地域での連続波形記録からクラスタ化した微小繰返し地震を網羅的に検出し，大地震発生との関係を明らかにする。また，既知の不均質構造を持つ試料を用いた室内実験により，微小繰り返し前震の時空間分布を明らかにする。
○大学は，先行事象の詳細な分析，先行性と地学条件の比較，応力擾乱による地震トリガリングとの比較，室内実験や物理モデリングなどを通して，先行現象の発生機構を探る。
地球物理学的観測データや，過去の火山噴出物の物質科学的分析データについて，観測・分析項目ごとに評価指標を導入し，火山活動の現況を総合的・定量的に評価する方法を提示する。さらに，噴火に至るまでの火山活動の事象分岐や，噴火発生から噴火様式の変化，噴火の終息までの推移予測手法の構築を図る。多項目観測データの蓄積が進み火山活動推移モデルの構築が進んでいる火山においては，対象とする事象を設定し試行予測を行う。一方，その前段階にある火山については，予測すべき事象や予測スキームの検討も含め，予測の基礎となる火山活動の定量的評価，又はその手法開発を進める。その際，物理・化学観測だけでなく，噴出物モニタリングや，噴火履歴等の地質情報に基づく予測も対象とする。
○大学や気象庁は，火山近傍における地震・測地・電磁気学的な観測データや物質科学的な分析データに基づいて，火山活動を定量的な指標で示し，それらの指標の時系列を基に，噴火発生予測を含む火山活動の推移予測手法の構築を図る。阿蘇山等の多項目データのある火山においては，試作した予測手法を適用して試行予測を行う。
○大学は，これまでに提案されている測地データ等を利用した火山活動評価方法を基に，将来の噴火発生の可能性を評価し，予測を試行する。
○大学は，火山灰，火山ガス，地下水など火山活動に伴い地表へもたらされる物質の情報を基に事象分岐判断に必要な物理・化学パラメータ（噴出量，噴出率，化学組成など）を高精度で推定することで，火山活動推移評価への物質科学的データの定量的な活用を試みる。