理论物理专业主要侧重于冷原子物理和量子信息学的理论和实验研究，这都是当今世界的科学研究前沿领域。目前，超冷原子系统作为一种洁净且便于调控的多体量子系统已成为多学科交叉的物理实验室，而量子信息科学是量子物理学和信息科学相结合的一门新兴的交叉学科，有着许多经典信息学所无法比拟的优势，能解决经典计算机束手无策的问题。
理论研究主要包括：（1）研究BCS-BEC渡超理论，研究不对称费米子体系的相变特点、费米分子的超流性质、费米超流态中的孤子激发，特别是研究具有自旋轨道耦合冷原子体系中的奇异量子态以及相关的量子调控问题；（2）讨论回音壁模式微腔实验相关数据的理论分析与数值模拟、光机械振子、腔量子信息处理等研究，为相关实验研究提供理论支持。
实验研究主要包括：依托微钠光子学实验室，基于回音壁模式微腔研究光与物质的相互作用。回音壁模式微腔具有已知的最高品质因子、较小的模式体积以及制备过程相对简单等特点，它可用于量子信息、光机械振子、非线性光学以及生物传感等方面的研究。利用回音壁模式微腔，人们已经实现了单分子检测、低阈值激光以及腔模与单个原子的强耦合。回音壁模式微腔与物质的相互作用研究已逐步成为国际学术界的新热点。我们将进行各种回音壁模式微腔的制备与性能测试、其在传感检测方面的应用以及光干涉现象等方面的实验研究。
