Работы по ускорительной тематике в Институте ядерной физики с 1964 года велись силами трех лабораторий (ускорительных процессов; ионной оптики, автоматизации ускорительных процессов).
К достижениям Института ядерной физики в этой области относится, прежде всего, ввод в действие в 1967 году «классического» циклотрона с фиксированными параметрами и энергией 10 МэВ/нуклон. Проект циклотрона был разработан в НИИЭФА им. Ефремова (г. Ленинград) совместно с сотрудниками Института атомной энергии им. Курчатова (г. Москва). Ускоренные частицы выводились из циклотрона и транспортировались в экспериментальный зал на единственную мишень.
С целью расширения экспериментальных возможностей была начата работа по созданию изохронного циклотрона на базе имеющегося «классического». Был проведен тщательный теоретический анализ движения ионов в секторных магнитных полях. Определены наиболее важные параметры орбит в циклотроне.
Перевод циклотрона в изохронный режим с регулируемой энергией ионов и максимальной энергией до 30 МэВ/нуклон был осуществлен в 1972 году. Этот циклотрон стал первой как в СССР, так и на азиатском континенте регулярно эксплуатируемой установкой, на которой были получены максимальные энергии протонов (для циклотронов).
На различных этапах работы по созданию «классического», а затем изохронного циклотрона и совершенствованию его систем внесли весомый вклад многие сотрудники Института ядерной физики. Решающая роль в этих работах принадлежит руководителю Отдела физики низких и средних энергий академику АН КазССР Л.М.Неменову. Трудно также переоценить значение деятельности главного инженера циклотрона С.И.Прокофьева. Большой вклад в эти работы внесли и многие другие сотрудники Института: В.А.Мещеров, П.Д.Федоров, А.А.Арзуманов, С.П.Рыбкин, О.К.Анисимов, В.Н.Воротков, В.Ф.Езерский, Д.Д.Громов, В.Г.Круглов, Н.А.Ананьин, В.Ф.Гельвер, Ю.С.Попов, В.М.Ткачук, С.С.Баталин, В.Н.Батищев, В.И.Герасимов, М.С.Горьковец, М.Х.Нигматов, Б.А.Волков, В.П.Завезионов и многие другие.
Следует отметить разработку и ввод в действие малогабаритного циклотрона с энергией 1 МэВ, на котором отрабатывались различные системы действующего циклотрона, а также реконструкцию системы разводки выведенного пучка с организацией возможности облучения трех дополнительных мишеней.
Циклотрон У150-М был введен в действие в 1965 году и модернизирован в 1972 году. Используется для производства изотопов, проведения исследований в области ядерной физики, физики деления, радиационного материаловедения, адаптации и разработки ядерных технологий.
Перезарядный ускоритель УКП-2-1 разработан и изготовлен в 1987 году. Является базовой установкой для исследований в области физики твердого тела, ядерной физики низких энергий, ионной имплантация, услуг по анализу образцов.
Ускоритель электронов ЭЛВ-4 был установлен и запущен в эксплуатацию в 1993 году как базовая установка для адаптации и развития электронно-лучевых технологий в Казахстане.
В 2006 году в Институте ядерной физики под руководством Лысухина С.Н. был сформирован Отдел ускорительных технологий, включающий в себя все ускорительные установки, а также подразделения, непосредственно связанные с технологическим использованием пучков ускоренных заряженных частиц.
Ускоритель электронов ИЛУ-10 смонтирован в Корпусе радиационной стерилизации (КРС), введен в эксплуатацию в 2016 году. Разработан для использования при отработке новых радиационно-технологических процессов, а так же в технологических линиях промышленных предприятий. В настоящее время этот ускоритель является одной из наиболее мощных и экономичных облучательных установок в Республике. Ускоритель используется для стерилизации медицинских изделий, производства медицинских повязок из гидрогеля.
Циклотрон Cyclone-30 смонтирован в Корпусе производства радиофармпрепаратов (КПРФП), введен в эксплуатацию в 2016 году. Cyclone-30 был специально спроектирован для производства радиоизотопов, но может быть использован в исследовательских и промышленных целях.
