Kvanttielektroniikan alalla tutkijat tutkivat säteilyn ja aineen vuorovaikutusta kvanttitasolla. Hyödyntämällä elektroniikan ja fysiikan tietämystä tämän alan tutkijat ovat tehneet monia edistysaskeleita optiikassa ja radiofysiikassa. Koneet, kuten valonvahvistus stimuloidulla säteilypäästöllä (laser) ja mikroaaltovahvistus stimuloidulla säteilypäästöllä (maser), ovat erityisen hyödyllisiä kvantti -elektroniikan alalla.
Tiedemiehet ovat hyväksyneet kvanttiteorian fysiikan perusteoriaksi, joka yhdistää kaikki fyysiset laitteet. Sellaisenaan mitä tahansa elektronista laitetta voidaan pitää kvanttielektronisena laitteena. Useimmat tiedemiehet kuitenkin ymmärtävät kvanttielektronisia laitteita vain sellaisiksi laitteiksi, jotka stimuloivat siirtymiä kvanttitason välillä. Laserit ja maserit ovat kvanttielektroniikan ensisijaisia laitteita, koska jokainen näistä keskittyy energiaan tiukkaan, keskitettyyn säteeseen. Transistorit ja suprajohteet voivat käyttää kvanttimekaniikan periaatteita, mutta niitä ei yleensä pidetä kvanttielektronisina laitteina.
Kvanttielektroniikassa siirtymät kvanttienergiatasojen välillä ovat erityisen tärkeitä. Atomit, molekyylit ja muut kvanttisysteemit sisältävät virittyneitä hiukkasia. Nämä järjestelmät voivat sisältää vain tiettyjä, tarkasti määriteltyjä energiamääriä. Kun järjestelmä lähettää sähkömagneettista säteilyä valon tai radioaaltojen muodossa, se siirtyy korkeammalta energiatasolta matalammalle. Lasereita ja masereita voidaan käyttää näiden atomien tai molekyylien virittämiseen korkeampiin energiatiloihin.
Laserit ovat yksi kvanttielektroniikan tärkeimmistä laitteista. Nämä koneet säteilevät valoaaltoja keskitetyssä säteessä kapealla säteilyalueella. Tämä tekee laserista säteilevän valon yksiväriseksi, kun taas useimmat valonlähteet säteilevät useita värejä, vaikka valo näyttää silmälle sisältävän vain yhden värin.
Laserit ovat tärkeitä sekä tutkimuksessa että käytännön ongelmien ratkaisemisessa. Laserin valo ei hajauta lämpöä ja siitä puuttuu sähkövaraus. Laser voi toimia syövyttävissä kaasuissa ja tyhjiössä. Ne ovat hyödyllisiä etäisyyden mittaamisessa suurella tarkkuudella, optisessa viestinnässä ja ydinfuusiossa.
Toinen kvantti -elektroniikassa yleisesti käytetty työkalu on maser. Nämä laitteet lähettävät mikroaaltosäteilyä fokusoidussa säteessä. Näiden mikroaaltojen taajuus on vakaa eikä heikkene yhtä helposti kuin tavalliset mikroaallot. Tämän koneen sovellus mahdollistaa viestintätornien, jotka lähettävät ääniaaltoja mikroaaltosäteilyalueella, lähettää tietoja suurilta etäisyyksiltä pienin vääristymin.