原子物理與光學組包括5位研究人員與2位合聘研究員，研究的領域有(一)以冷原子或奈米鑽石中的固態自旋系統為主的量子光學與量子信息科學研究；(二)里德堡原子的量子計算與量子模擬；(三)量子感測、連續式光學原子鐘與連續式原子雷射；(四)原子干涉儀與光晶格原子的量子控制；(五)超冷原子量子氣體的理論與實驗研究，包括超流性、人造規範場、旋量玻色-愛因斯坦凝結等。

陳應誠博士的團隊致力於用超冷原子氣體及電磁誘發透明效應實現高效能的光量子記憶體，他們也發展基於非線性光學晶體的單光子源，並研究將這些發展於量子通訊的應用。另外，他們也利用超高光學密度冷原子團研究例如超輻射的協同性輻射現象。最近，他和林育如、任祥華、詹陽皓博士等也共同研究利用中性原子實現量子計算與模擬。

張銘顯博士及林育如博士皆致力於以超冷原子氣體形成的玻色-愛因斯坦凝結來研究多體物理。林育如博士的研究著重在利用自旋-軌道角動量耦合產生等效規範場以研究玻色凝聚的超流現象。張銘顯博士的研究則著重在旋量玻色-愛因斯坦凝結體的結構與動力學。張銘顯也與本所張煥正博士合作，開發以螢光奈米鑽石為基礎的量子感測技術及其應用。陳俊嘉博士正在開發利用超窄線寬鐘躍遷的量子控制技術，以發展連續式原子物質波裝置並應用於次世代量子精密測量研究與連續式光學原子鐘。任祥華博士的研究主要在協同自發輻射，手性量子發射體和多體糾纏態的理論研究。他也研究偶極-偶極相互作用對冷原子中光散射的影響以及二維原子鏡面的非厄米物理。肖恩博士使用奈米光纖來耦合單獨控制的原子陣列，為量子研究和次世代裝置建立平台。他的研究主要為整合原子奈米光子晶片、量子處理器和感測器鋪路。他還與陳俊嘉博士一起開發連續原子雷射和超輻射主動光鐘。

與中研院物理所合聘的葉崇傑博士致力於超導電性及超冷原子氣體的理論研究，超冷原子氣體的研究課題包括多自旋分量的玻色-愛因斯坦凝結體、超流性、量子磁性及其他強關聯多體現象。

另一位與臺灣大學物理系合聘的藍劭宇教授專注於推動原子干涉儀在基礎物理、量子感測與慣性導航領域的應用，致力於為這些前沿技術開拓新的可能。此外，藍教授也研究光晶格中原子的量子操控技術，藉此探究連續變量的量子信息處理及多體物理的核心問題。