本系秉持培育高科技產業所需之人才之整體教育目標，並以凝態與計算物理、高能與理論物理、表面物理、磁學與超導物理、光電物理、原子分子物理/電漿物理/多體系統物理等六大領域為研究主軸。

為配合本系研究工作的進行，相關的專業研究實驗室包括磁性/熱性量測實驗室、磁性材料實驗室、自旋電子學及隨機記憶體實驗室、材料製作實驗室、表面與奈米結構實驗室、近場光學實驗室、液晶光學實驗室、光纖實驗室、超快光學實驗室、奈米光電及高分子光學實驗室、X-光雷射實驗室、雷射冷卻實驗室 、電漿實驗室、多體系統實驗室及快速運算之電腦室等。

此外，並與中央研究院物理所、同步輻射研究中心、國家高速電腦中心、工業研究院等相關研究單位、各大學相關研究單位及相關產業的研究室等，均有密切的合作關係和資源交流，定期並有來自國外及大陸著名學者進行短期講座和交流研究。另外，本系亦承接了來自業界委託之研究計畫，將研究與應用作最佳之結合。