Op wetenschappelijk gebied wordt met grote spanning naar LOFAR uitgekeken, vooral vanwege de nieuwe mogelijkheden die het instrument biedt. Zo zal LOFAR naar verwachting de eerste telescoop zijn die signalen kan waarnemen van de eerste sterren en melkwegstelsels die na de Oerknal in het vroege Heelal zijn ontstaan.

Het waarnemen van deze zeer zwakke signalen stelt hoge eisen aan de te bouwen telescoop en de grote hoeveelheid software die nodig is om de apparatuur te besturen en om alle gegevens te verwerken. Daar staat tegenover dat deze waarnemingen zeer belangrijke informatie zullen geven over de vorming en evolutie van sterren en sterrenstelsels.

LOFAR zal een grote rol gaan spelen op een gebied waar Nederlandse sterrenkundigen een lange traditie hebben: het systematisch in kaart brengen van grote aantallen zwakke radiobronnen.

Hier zijn LOFAR gegevens extra waardevol in combinatie met de informatie die op andere golflengten verzameld wordt, onder andere met de telescopen zoals de Very Large Telescope van de Europese zuidelijke sterrenwacht in Chili en de bekende Westerbork telescoop.

Behalve in de radiosterrenkunde biedt LOFAR tevens mogelijkheden voor onderzoek op aangrenzende terreinen.

Over dezelfde ionosfeer die decennialang waarnemingen op LOFAR's frequenties ernstig bemoeilijkten, wordt een schat aan informatie vergaard. Ook kan LOFAR, in combinatie met een radarzender die mogelijk in zuid Zweden gebouwd gaat worden, voorspellingen doen van zonnestormen.

Dat zijn enorme gasexplosies op de zon die miljarden tonnen gas de ruimte in werpen. Eenmaal aangekomen bij de aarde zijn deze stormen o.a. verantwoordelijk voor het Noorderlicht en kunnen ze enorme schade aanrichten aan satellieten en electriciteitsnetwerken. Bovendien kunnen ze draadloze radiocommunicatie verstoren.

Het geavanceerde netwerk van glasvezels kan naast sterrenkundige informatie, ook andere wetenschappelijke signalen vervoeren. Er zijn plannen om het LOFAR netwerk te gebruiken voor een langdurige seismische studie in noordoost Nederland met behulp van geofoons. De geofoons gebruiken dan de natuurlijke activiteit van de aarde als "geluidsbron". Zo kan de bodemverzakking en seismische activiteit die het gevolg zijn van de aardgaswinning in dit gebied in kaart gebracht worden.

Naast nieuwe waarnemingen van soms al bekende bronnen is te verwachten dat LOFAR ook veel nieuwe verschijnselen aan het licht zal brengen. Er zijn voorspellingen dat de gewelddadige botsing tussen twee neutronensterren of zwarte gaten, flitsen van radiostraling zal veroorzaken.

Deze straling is nog nooit eerder waargenomen. Omdat LOFAR een groot deel van de hemel continu in de gaten houdt kan het ook zelfstandig grote aantallen onbekende variabele radiobronnen te ontdekken.

De studie van straling uit het heelal bevindt zich op het raakvlak van de sterrenkunde en de hoge energie fysica. Ook hier zijn voor LOFAR interessante toepassingen te vinden. Zo zal een groot aantal antennes uitgerust worden met een mogelijkheid om de radioflits waar te nemen die ontstaat wanneer een kosmisch stralingsdeeltje botst op atomen in de aardse atmosfeer.