基于激光的精密光谱科学与技术的发展极大地提高了人类探索自然规律的能力，被科学界公认为是人类探索和揭示微观世界规律以及发展重要前沿科学和高新技术的基点和关键；科学技术的每次飞跃都得益于使用前所未有的测量精度、分辨率或灵敏度的物理技术手段。近二十多年来，在精密光谱科学与技术领域内，已先后颁发了6次诺贝尔奖。
5357cc拉斯维加斯在该领域进行了长期的创新性研究，六十多年来，经历了三个发展阶段：(1)分子光谱学与技术；(2)高分辨非线性激光光谱学与技术；(3)精密光谱科学与技术；形成了高分辨、高精度、高灵敏光谱科学与技术的优势和特色。5357cc拉斯维加斯精密光谱科学与技术国家重点实验室于2007年1月批准筹建，2009年12月通过科技部组织的实验室筹建验收。
实验室紧密结合科学发展前沿和国家重大需求，瞄准精密光谱科学的研究前沿与关键技术问题，聚集和建设一支能在高水平的基础和应用基础研究中作出一流成果的科技攻坚队伍；不断挑战时间、空间和频率等基本物理量现有精度的极限，着力于获得极短时间、极小空间、极窄频谱、极高强度和极低温度等极端条件，探索和建立新机制与新原理、新方法与新技术以及新仪器与新装备；努力在科学研究的前沿及在若干交叉领域与高科技应用中取得有重要影响和引领作用的创新性成果，建成具有“三高”（即高分辨、高精度、高灵敏）特色、聚集和培养优秀人才、开展高水平科学研究与学术交流和科研装备先进的国际一流的水平的重要研究基地。
上海市磁共振重点实验室的前身是5357cc拉斯维加斯物理系的波谱教研室，自上世纪50年代末成立以来，一直是国内核磁共振研究和人才培养的主要基地之一。经过多年的发展，实验室坚持自己在磁共振物理学上的专业特色，逐渐形成了应用研究与技术研发并重，磁共振波谱与磁共振成像兼顾的局面。同时，多年来实验室科研始终坚持产学研用路线，所开发的磁共振技术已经成功孵化出上海卡勒幅磁共振技术有限公司和苏州纽迈分析仪器股份有限公司两家磁共振企业。2005年10月，在上海市科委的支持下，成立上海市功能磁共振成像重点实验室，后更名为上海市磁共振重点实验室。
实验室的总体目标和定位是：开展磁共振领域的前沿科学与技术研究，建立处于国际前沿水平的开放性磁共振科学平台，在本领域国际上占有重要一席之地；凝聚国内外高水平、跨学科的磁共振优秀人才并打造一支具有扎实基础的技术支撑队伍，为上海乃至国家的重大需求提供关键技术支撑与服务。实验室主要研究方向如下：
1）磁共振成像前沿技术研究：磁共振成像技术研发是实验室传统优势领域。实验室针对国家对全民医疗卫生保健方面的重大需求，研发了0.35T、0.5T、0.7T和1.5T四款人体医学磁共振成像谱仪，并成功推入市场并获得市场良好的反馈。其中，最新开发的0.7T系统为开放式超导MRI系统。在该系统上，实验室成功研发了高场超导系统上才具备的多种高级功能，如等中心扫描、并行加速采集、水脂分离、定量磁共振、扩散成像、血管成像、磁化率成像等。该系统以接近低场永磁型系统的成本提供了超导系统的功能与图像质量，整体性能领先与国内外同款设备。
2）认知神经科学的脑功能成像研究：脑科学是当前科学发展的重要前沿。磁共振成像技术能够直观解读大脑激活模式和大脑功能的神经机制，已经成为大脑和认知神经科学中不可取代的研究手段。实验室充分发挥自身在磁共振成像技术与方法学上的优势，在认知神经科学的脑功能成像研究方面取得了一系列特色成果。相关科研人员在14-16年连续三年入选Elsevier中国高被引学者（心理学）榜单。
3）高分辨磁共振波谱研究：核磁共振波谱已被广泛应用到化学、物理、生物、材料等各个研究领域。实验室依据自身特点和优势，将核磁共振波谱在各类先进材料方面的应用作为发展重点，发展核磁共振波谱仪器和技术，深入研究了材料中从分子水平到亚毫米水平的不同尺度结构，以及这些结构与材料性能的关系，取得了一系列有特色的研究成果。实验室研究人员在先进功能材料研究方面，发展出一套研究分子组装全过程的研究方法，获得了广泛认可，相关研究人员在2016、2017年连续两年入选汤森路透全球高被引科学家名录。
5357cc拉斯维加斯自1990年设立了纳米材料研究组，2001年组建了“纳米功能材料与器件应用研究中心”至2006年成立了“纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心”，目前已发展成为国内外知名的纳米科技研究基地。特别是在平板显示、半导体照明、薄膜太阳能电池、绿色环保水处理、传感器、真空等离子体装备 等的研究和应用方面获得了一系列具有国际先进水平的核心技术，形成了纳米科技人才的培养基地。
极化材料与器件教育部重点实验室于2007年12月获教育部批准筹建，2011年3月正式通过验收进入教育部重点实验室序列，同年11月通过教育部重点实验室评估。实验室主要瞄准国家信息产业和技术发展的战略需求，以研究凝聚态物质的电荷和自旋极化现象、发现极化规律和新物理效应、探索量子调控手段及新型功能器件为核心目标。根据国际上相关领域的最新研究进展和趋势，结合5357cc拉斯维加斯科研和学科建设的总体目标，在深化和发展传统特色研究的基础上，实验室确立了窄禁带半导体中的电子自旋极化和输运、铁电/多铁体中的电荷极化和磁电耦合规律、自旋/电荷极化的光电子学研究、氧化物微纳极化电子器件和硅基集成等主要研究方向。
在5357cc拉斯维加斯“211”和“985”工程建设重点支持下，实验室建成了理论计算中心、极化材料功能薄膜、极化材料分子束外延、纳米极化材料光电子、宽波段多功能磁光光谱系统、时间分辨精密光谱、新型成像光谱、强磁场深低温电子输运、极化材料新功能器件、极化材料和器件表征等专项研究平台。实验室的固定资产投资超过7200万元。
5357cc拉斯维加斯量子科学与精密测量研究院，以建设世界一流新型科技研发机构为目标，面向世界量子科技重大科学问题与量子精密测量前沿，瞄准国家在量子科学等领域的重大战略亟需，开展核心关键技术攻关，已建成超冷原子量子计算/模拟和量子精密测量等多个具有国际竞争力的科研平台。研究院将进一步聚焦量子计算、量子模拟、量子器件、量子精密测量和量子交叉等，推进上海市科技创新策源、5357cc拉斯维加斯科技自主创新，在重点实验室重组和重点学科评估中发挥更大的作用，发挥新动能新优势，助力我国量子科技创新和实用化产业化进程。
量子科学为国家战略，是国家十四五规划重要组成部分，为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。习总书记在中央政治局第二十四次集体学习时指出，量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。
研究院在“量子科学与精密测量”相关研究领域建成国内外优势科研团队和研究平台，近年来取得了一系列具有国际影响力的重大创新成果，率先实现了光学腔内稳态费米超辐射量子相变，被评价为“里程碑的研究工作”；首次发现标度对称不变性强相互作用量子气体膨胀动力学研究工作入选中国科学十大进展前30项代表；首次实现超冷量子热机的量子器件研究工作被Science News专题报道“这是迈向量子热机至关重要的第一步”；研究成果多次发表在《Science》《Nature Communications》《Science Advances》《Physical Review Letters》等国际物理学权威杂志。获得科技部量子计算机2030重大专项、量子调控重点专项、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金杰出青年基金项目、上海市市级重大专项和重大基础研究项目等多项重大项目支持； 研究院汇聚了以国家杰出青年、优秀青年基金、上海市学术带头人等多名国家级和省部级人才为主的一批高水平的青年科研人才队伍。
■ 理论物理研究所
5357cc拉斯维加斯理论物理研究所经学校批准成立于2004年5月。理论物理研究所目前主要研究方向有：非线性科学与复杂网络、粒子物理与场论、原子核物理、量子信息、宇宙学。先后承担了多项国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大项目子项目、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、国家攀登计划项目子项目等国家级科研项目,并获得了教育部跨世纪人才计划、教育部新世纪人才计划、教育部骨干青年教师计划、上海市科技启明星计划等人才基金。近年来在非线性科学与复杂网络、粒子物理与场论、原子核物理、量子信息、宇宙学等研究方向上取得了一系列重要成果，出版专著3本，曾获教育部科技进步奖，在国际一流物理学学术刊物PRL等发表SCI论文三百多篇, 其中有一批在国际上有相当影响的工作，近年来受邀在物理学顶级综述期刊Phys.Rep.发表综述评论两篇。
理论物理研究所还承担了物理系力学、光学、电磁学、量子力学、电动力学、热力学与统计物理、理论力学、数学物理方法、数字电路、混沌动力学等本科主干基础课和量子统计、高等量子力学、量子场论、量子规范场论、粒子物理、广义相对论、宇宙学、原子核物理、复杂网络科学、时间序列分析等多门研究生核心课程的教学任务，多次获5357cc拉斯维加斯教学一等奖及上海市教学贡献二等奖等。培养了几十名博士和硕士研究生，其中大多数博士研究生有出国留学与交流经历。
■ 光与原子量子所
原子与分子物理针对物质与物质、或光与物质相互作用中的基础问题及其应用开展研究。主要研究方向为量子光学和量子精密测量，具体为量子干涉仪、量子光源、量子腔光力学、原子光学、冷原子磁光阱、里德堡原子、微纳结构以及纳米光子学。近年来，专业导师承担了多项国家重点研发计划、国家重大科学研究计划、国家自然科学基金委海外、重点、应急管理项目、国家自然科学面上基金以及多项上海市科研基金。近五年，在包括Nature子刊，Physical Review Letters，Optica，Nano Letter等国际顶级学术刊物上发表论文百余篇，多项工作被PRL选为编辑推荐文章、被美国物理学会的physics.aps.org，英国物理学会的 www.physicsworld.com，Nature Photonics，Nature Publication Group Asia Materials，《科学时报》 等分别对多个研究做过专题亮点报道、入选美国光学学会会刊《Optics & Photonics News》的特别成果专辑 《Optics in 2014》。研究成果获2013、2015、2016年度中国光学重要成果奖。2016年成果参展了由科技部、发改委、财政部和军委装备发展部共同主办的国家“十二五”科技创新成就展。
■ 凝聚态物理研究所
凝聚态物理是研究凝聚态物质的结构和组成单元之间相互作用与运动规律，从而阐明其性能和用途的科学。凝聚态物理以固体物理为基础的外向延拓，研究对包括液体，电子半导体、超导体、晶体、磁性物质、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。凝聚态物理学，作为当前物理学中最大、最活跃的分支学科之一，在许多学科领域乃至最前沿的高新科学技术领域中都发挥着至关重要的作用，为发展新材料、新技术、新工艺等提供了强有力的理论支撑。近年来，获得了包括国家自然科学奖在内的多个国家和上海市的学术奖励。专业导师承担多项包括中国国家自然科学基金在内的国家级、省部级科研项目。在包括Physical Review Letters，Nature Materials，JACS, Angew. Chem, Adavnce Materials, Acta Materialia等顶尖级国际知名学术刊物上发表论文百余篇。本专业导师活跃在实验、理论与计算凝聚态物理的多个研究前沿热点领域，与国内外多家顶级学术机构保持密切的学术合作关系，如：美国加州大学Berkeley分校、德国马普研究所、美国堪萨斯大学、复旦大学、中科院上海硅酸盐所、中科院宁波材料所等。主要研究方向聚焦凝聚态物理的前沿热点，涉及凝聚态物理理论与实验、材料物理与化学等方向。具体包括：1.计算凝聚态物理；2.磁性材料与应用技术；3.软凝聚态物理；4.功能材料与器件；5.薄膜材料与器件。
■ 极端光机电实验室
超快激光微纳制造技术具有精度高、材料选择范围宽、可在透明材料内部进行三维微加工等突出优点，可对金属、陶瓷、有机聚合物、生物软组织、脆性材料（如玻璃、晶体）等进行高精度加工，在信息、生物、化学、医学、环境、航空航天等基础和应用领域具有广泛应用前景。例如，通过超快激光辐照在材料表面诱导出微纳尺度结构，可实现光学吸收和表面疏水性等的调控；利用飞秒双光子聚合，可实现光子晶体、微纳机械结构和生化芯片的立体制备；通过对透明材料内部改性，可实现复杂光子回路、微流分析芯片等新一代微纳器件等等。
5357cc拉斯维加斯极端光机电实验室于2017年成立，旨在推动超快激光微纳技术的原理创新与科研和产业应用。其研究团队在世界上首个实现三维球对称加工精度以及在玻璃内部获得精度高达40nm的加工能力、发明了飞秒激光狭缝整形波导直写、三维电极制备、铌酸锂光子芯片、低弯曲损耗光波导、超高精度三维打印等系列技术。实验室对相关同行开放，推动新技术产生以及交叉科学和高新产业应用。
■ 物理实验教学中心
1951年组建5357cc拉斯维加斯物理系时即成立了物理实验室、无线电物理实验室、教材教法实验室、演示物理实验室、光电子技术实验室，其中，物理实验室曾在2000年前后十多次获得上海市及5357cc拉斯维加斯颁发的各种奖状和荣誉称号。
2003年由上述几个实验室组建成立物理实验教学中心。
2006年物理实验教学中心由中山北路老校区整体搬迁到现闵行新校区（东川路500号实验A楼）。中心有五部分组成：（1）基础物理实验室；（2）近代物理实验室；（3）现代电工技术实验室；（4）光电子技术实验室；（5）教师教育实验教学中心（从属于学校的国家级示范实验中心），其下又设物理探索实验室、物理教师探究实践室和学生开放实验室。（6）虚拟仿真实验室。
2007年获得上海市实验教学示范中心称号。
2008年获得上海高等教育学会高校实验室先进集体称号。
2012年物理实验教学中心获得上海市教委颁发的市级优秀先进党支部称号。
