物理与机电工程学院拥有物理学硕士学位授予权一级学科，设凝聚态物理（2005年获得授权点）、理论物理、光学和无线电物理4个二级学科硕士学位授权点。共有在职硕士研究生导师21人，兼职硕士研究生导师3人。
物理学学科带头人：赵鹤平 教授
理论物理
吉首大学理论物理学科共有专业教师10余人，其中教授5人，副教授4人，具有博士学位教师7人。3年来，共承担各级纵向科研项目10多项，科研经费300多万元；发表科研论文70多篇，其中被SCI、EI收录的论文达30余篇。
该学科的围绕凝聚态理论研究、非线性物理及光与物质相互作用物理开展研究。
1、凝聚态理论研究：本方向主要围绕复合介质、半导体异质结及其它低维固体材料、光子晶体及其微腔等体系进行理论研究。
2、非线性物理：本方向主要研究非线性色散媒质和饱和媒质中的光孤子以及一维晶格链、一维铁磁/反铁磁链中的量子孤波解及其量子化特性、复杂系统的物理性质等。
3、光与物质相互作用物理：本方向的研究基于量子物理基本问题的理论和最新实验结果的结合，发挥理论物理前瞻性和指导性优势，探索当前光量子信息理论、量子计算与量子通讯、原子玻色-爱因斯坦凝聚等前沿领域的理论性问题。
主要学科成员：赵鹤平教授，宋克慧教授，周清平教授，李德俊教授，黄勇刚博士
凝聚态物理
凝聚态物理是吉首大学重点学科，本学科师资力量雄厚，共有专业教师20余人，其中教授8人，副教授8人，具有博士学位教师10人。3年来，共承担各级纵向科研项目30多项，科研经费420多万元。近三年来，发表科研论文120多篇，其中被SCI、EI收录的论文达50余篇。
凝聚态物理学科主要围绕材料、信息、能源等领域中的重要物理问题展开，研究方向包括人工微结构物理、功能材料物理以及半导体器件物理。
1．人工微结构物理：本方向主要研究内容包括两个方面：其一，经典波（声波和电磁波）在人工微结构中传播时所出现的新现象、新规律、新效应；其二，外场作用下电磁、流变体的固态结构形成机制及其力学性质。
2．功能材料物理：本方向主要从事催化功能材料、新能源材料和功能配合材料的制备与开发研究。
3．半导体器件物理：本方向围绕低维半导体器件与物理、纳结构物理及应用展开研究。研究内容包括半导体介观纳米体系中的量子输运和新奇量子现象与效应，如量子点、量子线、碳素纳米材料的瞬态量子输运、自旋电子学以及磁阻效应，拓扑绝缘材料表面及其形成的介观纳米结构的磁电性质和输运特性。
主要学科成员：赵鹤平教授，彭金璋教授，李德俊教授，唐世洪教授，叶伏秋副教授，王小云副教授，邓科副教授，廖文虎副教授，何兆剑副教授，钟宏华博士，王立无博士
光学
光学是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。本学科共有专业教师10余人，其中教授4人，副教授5人，具有博士学位教师6人。3年来，共承担各级纵向科研项目10多项，科研经费200多万元。近三年，本学科发表科研论文60多篇，其中被SCI、EI收录的论文达20余篇。
本学科主要在量子信息与量子光学、微纳光学与光子学以及光学材料与固体发光三个方向开展研究工作。
1. 量子信息与量子光学：本方向瞄准量子信息与量子光学领域的国际前沿，围绕量子通信、量子计算和离子阱量子计算等热点问题展开研究。
2．微纳光学与光子学：本方向主要研究微纳结构中光学性质及其基本物理问题、基于光子晶体的光学性质、集成光子学新器件、微纳结构非线性光学及光调控器件等。
3. 光学材料与固体发光：本方向主要研究光学材料的发光特性，具体研究内容包括：（1）光子晶体的超辐射现象及应用；（2）光学材料的非线性光学特性。
主要学科成员：周小清教授，周清平教授，宋克慧教授，邬云文教授，米贤武副教授，王小云副教授，叶伏秋副教授，邓科副教授，孙晶副教授，何兆剑副教授，钟宏华博士，黄勇刚博士
无线电物理
无线电物理采用近代物理学和电子信息科学的基础理论、方法与实验手段，研究电磁场和电磁波及其与物质相互作用的基础规律。吉首大学无线电物理学科师资力量雄厚，共有专业教师30余人，其中教授3人，副教授19人，具有博士学位教师8人。3年来，共承担各级纵向科研项目40多项，科研经费80多万元。近三年来取得了一批具有较大影响的科研成果，发表科研论文140多篇，其中被SCI、EI收录的论文达30余篇。
本学科主要围绕量子通信技术、太赫兹电磁波材料与器件、无线通信与网络三个方向展开研究：
1．量子通信技术：本方向主要探索当前光量子信息理论、量子计算与量子通讯等前沿领域的理论及应用。主要研究量子高密编码、密钥分配和量子隐形传态的通信理论与技术，量子编码和量子纠错等。另外，本方向还研究远程通信的非线性问题、太赫兹通信技术及应用，以及集成光通信器件。
2．太赫兹电磁波材料与器件：本方向主要研究太赫兹电磁波产生、传播、探测及其应用技术。研究内容包括太赫兹电磁波材料、振荡器、探测器的设计与实现以及太赫兹技术的应用等方面课题。
3．无线通信与网络：现代无线通信技术是利用电磁波信号在空间中的传播特性进行信息传输的过程。本方向研究内容包括无线局域网、无线移动通信、无线传感器网络、Ad hoc网络、THz超宽带光通信网络以及微波、卫星通信等。
主要学科成员：周小清教授，邬云文教授，梁平原教授，米贤武副教授，杨喜副教授，曾水玲副教授，陈柄权副教授，丁雷博士，廖文虎博士，谭明涛博士
