物理电子工程学院以建设一流学科、培养拔尖创新人才为目标，通过国家重点实验室、协同创新中心开展了系列高水平研究工作，在科研项目、高水平论文、人才建设以及标志性成果方面都取得了突出的成绩，尤其在承担“量子调控与量子信息”国家重点专项方面取得了显著的成果。全院近十年来承担各类科研项目615项，项目总经费5.4亿元，其中国家级项目300项，总经费4.9亿元。以首席单位承担国家重点研发计划项目5项，包括王海教授主持的“基于光场态的量子信息研究”项目（2544万元）和“基于光场的混合型量子通信网络研究”项目（2826万元）、贾锁堂教授主持的“受限空间中光与超冷原子分子量子态的调控及其应用”项目（2665万元）、张靖教授主持的“基于超冷原子气体的量子模拟”项目（4000万元）、肖连团教授主持的“基于光晶格超冷量子气体的量子模拟”项目（3873万元），此外“973”和“863”课题23项、国家自然科学基金重点项目6项、国家杰出青年科学基金4项、国家优秀青年科学基金5项、仪器专项3项。

在人才团队建设方面，2006年入选教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队，2008年获批国家基金创新群体（并在2011年获得延续资助），2013年入选教育部“创新团队发展计划”（并在2017年获得延续资助），2018年获批教育部首批“全国高校黄大年式教师团队”。

学院瞄准量子光学研究前沿和国家战略需求，开展了有特色、高水平的基础研究与应用基础研究。主要研究包括量子光学基础与应用基础、冷原子分子物理、光与物质相互作用以及全固化激光技术和光量子器件等。此外在理论方面开展了磁性宏观量子效应、玻色爱因斯坦凝聚、介观体系的量子输运、极端条件下凝聚态物理的相变等方面的研究。同时在光学学科的带动下，原子分子物理、理论物理以及无线电物理、粒子物理与核物理等研究方向都取得了长足的发展。学院围绕光学优势学科取得了一批标志性的成果。在连续变量量子信息研究领域取得了具有重要国际影响的成果，在国内外占有重要一席，同时在冷原子分子方面建立了若干颇具特色的实验室，开展了卓有成效的工作并取得了显著进展，使量子光学和冷原子分子方面的研究成为国内的重要基地。“全固化单模单频绿光激光器” 获得国家技术发明二等奖、“纠缠态光场及连续变量量子通信研究”国家自然科学二等奖，山西省自然科学、技术发明、科技进步、科技合作一等奖9项，其它省部级奖励93余次。近年来共发表SCI论文900余篇，包括以山西大学为第一单位完成Nat.Phys. 3篇、Nat.Commun. 3篇、Science Adv. 1篇、Light-Sci.Appl. 1篇、Nat.Nanotech. 1篇、Phys. Rev.Lett. 18篇，其中单篇最高引用553次，获批国家发明专利161项，主编和参编各类教材、著作10部。