原子物理與光學組包括5位研究人員與1位合聘研究員，研究的領域有(一)原子結構、躍遷率、光游離、原子與原子及電子與原子碰撞的理論研究；(二)新型超快光源與光學測量技術之發展；(三)雷射電漿交互作用應用於發展微型加速器、超快極紫外光/X-光源、模擬天文物理；(四)發展基於光物理方法的材料成長與生物有機體控制及其應用；基於冷原子系統的量子記憶體與量子電腦；(六)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。

汪治平博士的團隊致力於發展超快光學與強場雷射技術，並運用100兆瓦雷射所驅動的強大雷射電漿交互作用探究穩定加速電子和質子的方案。強場雷射脈衝、精密調控的電漿結構、高速電子三者之間的交互作用也正孕育著產生高能輻射的新方法。強場雷射所產生的高密度、高能量電漿噴射流和渦流可用來模擬天文物理現象，也是新興的研究課題。

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。任祥華博士的研究主要在協同自發輻射，手性量子發射體和連續糾纏熵的理論研究。他也研究偶極-偶極相互作用對冷原子中電磁感應的透明性的影響以及二維原子鏡面的非厄米物理。

與中研院物理所合聘的葉崇傑博士則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。