物理学科主要依托物理系进行建设，包括光学、凝聚态物理和理论物理三个二级学科，1985年获得光学博士学位授予权，2002年光学获批国家重点学科，2005年获得物理学一级学科博士学位授予权。物理学科进入QS世界大学学科排名前400，ESI全球前1%。光学工程学科源于光学，始建于1998年，2000年获批一级学科博士学位点，2010年获评国家一级重点学科，2019年入选北京市高校高精尖建设学科，主要依托激光工程研究院和物理系信息光电子研究所进行建设，包含激光与光电子技术、智能激光制造科学与技术、微纳光学与应用、信息与生物光子学、光电材料芯片及器件等特色研究方向。