Thí nghiệm T2K đã được đề xuất vào năm 2003 với các mục tiêu vật lý như sau:[10]

• Phát hiện ra dao động ν
  μ → ν
  e, và do đó xác nhận rằng góc trộn không xác định cuối cùng θ 13 không bằng không
• Đo chính xác các tham số dao động Δm2 23 và θ 23 thông qua các nghiên cứu sự biến mất của neutrino muon
• Tìm kiếm các dao động neutrino lạ, có thể là nguyên nhân cho sự thiếu hụt các tương tác neutrino dòng trung tính quan sát được
• Các phép đo tiết diện tán xạ của các tương tác khác nhau của các loại neutrino lên vật chất khác nhau trong phạm vi năng lượng cỡ vài GeV

Kể từ khi bắt đầu lấy dữ liệu vào năm 2010, thí nghiệm T2K đã thành công khi cung cấp danh sách các kết quả quan trọng hàng đầu thế giới:

• Xác nhận sự xuất hiện của neutrino electron trong chùm muon neutrino (ν
  μ → ν
  e), đó là lần đầu tiên khi neutrino được tạo ra với một hương vị được quan sát rõ ràng trong một hương vị khác.[5][11]
• Đo chính xác nhất của tham số θ 23.[6]
• Ràng buộc đáng kể đầu tiên đối với tham số δ CP, tham số chi phối sự bất đối xứng vật chất - phản vật chất trong khu vực neutrino.
• Đặt ra giới hạn đối với các thông số dao động neutrino lạ dựa trên các nghiên cứu trong máy dò gần, ND280 [12] và xa, Super-Kamiokande [13].
• Nhiều phép đo tiết diện tán xạ khác nhau của neutrino electron [14] và neutrino muon và các quá trình với phản-neutrino, bao gồm các tương tác dòng điện tích (CC) cộng hưởng,[15] tương tác CC không có pion [16][17] và với pion đơn trong trạng thái cuối cùng,[18] sản sinh pion kết hợp,[19] tương tác dòng trung tính,[20] vv trên các vật chất khác nhau như carbon, nước và sắt.[21]

Những nâng cấp trong tương lai của T2K dự kiến sẽ cung cấp thêm sự ràng buộc lên pha δ CP bằng cách so sánh các dao động của neutrino với các phản neutrino, cũng như các phép đo chính xác hơn các tham số Δm223 và θ 23, và các phép đo tiết diện tán xạ sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về tương tác neutrino và do đó cải thiện các mô hình lý thuyết được sử dụng trong các công cụ mô phỏng tương tác neutrino.