夏商周斷代工程的研究計劃既已立項，根據國務院會議精神，李學勤、仇士華、李伯謙、席澤宗等四位首席科學家，即著手起草夏商周斷代工程研究項目的可行性報告、經費使用計劃及推薦工程專家組成員名單。
在起草的可行性報告中，“工程”的最終目標，是推算出一份有科學依據的夏商周三代年表。但是，由於學者們對三代不同曆史階段所掌握的材料不同，所以，“工程”在製訂目標時，按照由近及遠的路線，提出了詳略不等的要求。其具體目標是：
1.西周共和元年（公元前841年）以前各王，提出比較準確的年代。
2.商代後期武丁以下各王，提出比較準確的年代。
3.商代前期，提出比較詳細的年代框架。
4.夏代，提出基本的年代框架。
“工程”研究的途徑：
由曆史學、考古學、天文學和測年技術等學科的專家、學者聯合研究，並遵循下列三個步驟：
（1）對傳世文獻和甲骨文、金文等古文字材料進行搜集、整理、鑒定和研究，對有關的天文曆法記錄通過現代天文計算推定其年代；
（2）對有典型意義的遺址、墓葬資料進行整理和分期研究，並做必要的發掘，取得係列樣品，進行常規和AMS（加速器質譜計）的14C年代測定。
自左至右：“工程”首席科學家席澤宗、李伯謙、李學勤、仇士華
（3）對各課題通過以上兩種以及其他途徑得出的結論進行綜合，使研究進一步深化，得出盡可能合理的年代學年表。
有了以上三種大的途徑，接下來就是對課題和專題的設置。由於這是一個既寬泛又具體的問題，所以在設置時讓四位首席科學家頗費了一番腦筋。當時擺在麵前的有兩種選擇：
一、按學科組合專題和課題，其利在於符合學者們習慣的思維方式和工作方法，其弊在於各學科成果的融合過程將滯後，不利於推進交叉研究。如曆史學方麵，古文獻和古文字是研究夏商周年代學的重要依據，共和元年被認定為是公元前841年，就是靠傳世文獻推算出來的。當年司馬遷撰寫《史記》時，之所以能排出《十二諸侯年表》，也正是因為從共和以下，諸侯的年代排序是清楚的。但是，古代文獻中能明確推算出的年代也隻到公元前841年。再往前的年代，由於文獻記載不一致，就很難甚至無法僅憑文獻記載推算出科學、準確的結論。天文方麵也是如此，天文學在回推星象記錄方麵不管有多麼精確，但它本身無法獨立解決夏商周年代學的推算問題。如西漢的劉歆利用當時的天文學和曆法知識進行推算，結果弄出了一大堆不合事理的問題。因為當時的曆法和文獻中關於星象的記載有問題，劉歆的推算也自然就有了問題，如果後人仍用這些有問題的材料推算，其結果依然不可能準確。因此，利用天文學對夏商周年代學進行推算，首先需要曆史學、考古學等提供背景材料，如利用考古發掘的甲骨文、金文等可以彌補曆史文獻中的不足，古巴比倫的曆史就是靠出土的一大批天文材料才排出一個相對準確的年代順序的。當曆史學和考古學通過曆史文獻和地下考古發現的研究對某段曆史或某一曆史事件提出一個相對準確的時間範圍後，天文學家就可以利用現代天文學知識和方法，運用現代科技運算手段，對其時的天象進行推算、研究，並得出一個更精確的時間結論。曆史學家對古文獻、金文和甲骨文中的日月食和行星運動現象的記載進行研究，可以確定一個有關它們發生的比較長的時間範圍，天文學家則可以在這一時間範圍內進一步考察共發生過幾次，並推算出哪一次更有可能，從而使曆史年代更接近於準確。
二、要想推進學科的交叉研究，使結果盡可能地準確，就要按夏商周斷代工程的目標、任務劃分課題，並將不同學科的小專題混合編組，從而成為一個大的課題組。這種方法其利在於各學科的交叉貫穿“工程”的全過程，使每一位參加者都明確自己所承擔的專題在整個目標、任務中的位置和作用，以及同其他專題學科的相互關聯。但其弊在於，學者們都沒有現成的經驗，也無規律可循，大家都是首次嚐試，因此風險較大。
經過反複斟酌思量，“工程”決定突破以往的思維方式和研究方法，用全新的角度，采用後一種風險較大，但明顯有利於學科交叉研究的方案，對課題、專題予以設置。
經過論證，夏商周斷代工程共設9個課題，下分36個專題，設置情況如下（本書圖表引自《夏商周斷代工程1996—2000年階段成果報告》，下同）：
夏商周斷代工程的課題設置
續表
項目的課題和專題
續表
在夏商周斷代工程實施過程中，根據研究需要和新的考古發現，又陸續增設了以下8個專題：
（1）金文紀時詞語（“月相”）研究；
（2）甲骨文賓組、曆組日月食卜辭分期斷代研究；
（3）商州東龍山文化分期與年代測定；
（4）邢台東先賢文化分期與年代測定；
（5）禹伐三苗綜合研究；
（6）新砦遺址的分期與研究；
（7）周原西周文化分期與研究；
（8）洹北商城的遙感與物探。
從以上的內容可以看出，三代年代學這個看起來龐大無邊、深不見底的題目，經過9個課題44個專題的拆分、搭配，如同庖丁所解之牛，豁然開朗。這個呈樹形結構的課題與專題的設置，其功能明確，內在邏輯緊密，覆蓋了國內外研究夏商周年代學曾提出的所有途徑和方法。每一個專題的任務都源於總目標的一個分支，每一個專題的成果都會最終輸入“工程”目標的主體，從而使三代年代學的大廈能夠在較短的時間內經多學科研究成果的交叉論證構建起來。可以說，夏商周斷代工程是一個在真正意義上實現了自然科學與人文科學相結合的開創性的學術研究課題。