物质系统的强光电离是光与物质相互作用过程中的一类重要现象,该现象体现了物质世界内部蕴藏的丰富结构。本文主要讨论包括从微观原子分子、团簇到宏观水介质、液滴再到大尺度水云的物质系统的强光电离过程。研究了原子和分子的强光电离过程。考虑到范德瓦尔斯二聚物强光电离在强场物理中的重要意义,研究了超短超强激光电离氙原子及其二聚物时光电子的动量分布和能量分布。研究发现了氙二聚物强光电离的光电子动量或能量分布相比原子电离的光电子分布在直接出射电子区域（小于9.1 e V）还存在电离抑制现象。而且当光强变化时该抑制电离均存在,但电离抑制区间会随光强的增加向高能光电子区域移动。建立了包含离子态的多电子原子强场近似理论,而后建立了二能级双心量子干涉理论,解释了上述电离抑制现象。研究表明,氙二聚物光电子能量分布的抑制电离由双心量子干涉引起,且通过干涉项cos2（R·p/2）调制。与此同时,分子离子Xe2+的终止态大概率布局于自旋耦合态I（1/2）u上,此态主要由电离二聚物分子中的σu轨道电子形成。研究发现,双心量子干涉的干涉特征不仅取决于分子HOMO轨道的对称性,还取决于组成分子轨道的原子轨道的性质,且双心量子干涉效应可以受到离子叠加态中本征态间跃迁的影响。团簇的强光电离过程相比分子的电离过程可能展现出额外的物质迁移现象,考虑到水团簇强光电离的重要意义以及二聚水质子转移时间尺度测量的缺乏,研究了孤立水分子和二聚水的强光电离。在二聚水一阶电离的飞行时间谱中,证实了（H2O）2+的微秒级长寿命。在二阶电离的库伦爆炸通道内同时发现了质子化产物H3O+和OH+以及非质子化产物H2O+。研究发现了质子化产物占比异常偏低的原因为质子转移的时间延迟效应。最终,通过强光电离实验结合强光隧穿理论得到的快速质子转移的时间尺度为31±5 fs。测量结果和多个分子动力学计算结果存在良好的吻合。和微观体系的强光电离不同,宏观连续介质电离后将产生高密度的激光等离子体。本文构建了激光等离子体瞬态耦合方程组。利用该理论模型研究了激光等离子体和激光光场的时空演化。利用瞬态耦合模型计算得到的光学击穿阈值,能量损耗比例可以和实验测量结果定量地对比。计算结果表明皮秒激光诱导的等离子体在发展过程中会出现逆着光场传输的方向移动的现象,且移动速度随激光光强的增加而增加。此外还讨论了激光等离子体的膨胀、激光等离子体对光场的反作用和激光等离子体生成时的能量转化问题。液滴相比连续水介质将会存在额外的边界,水云由大量不同粒径的液滴构成。借助上述激光等离子体模型计算了单个液滴的激光光场及其自产生等离子体的时空演化,研究了液滴光学击穿过程的非线性光吸收。研究表明,由于云滴的类透镜作用和腔体结构,其击穿阈值不足无界水介质的1/6。本文还证明了实际水云中各个液滴的光学击穿过程是相互独立的。研究了水云的非线性吸收阈值,若光强低于此阈值,水云对激光光场的吸收微弱;反之若超过此阈值则大量的激光能量可以沉积在水云中。本文的研究结果可为强场和阿秒物理学、分子结构探测、EUV激光器、DNA功能、含水化学反应、激光等离子体应用、激光眼科医学、激光大气传输和激光干预天气系统等研究课题提供参考。