Optiikan ja spektroskopian laboratorion tutkimusalat ovat spektroskopia (prof. Jyrki Kauppinen, laboratorion johtaja) ja kvanttioptiikka (prof. Kalle-Antti Suominen).

Spektroskopian alueella tutkimusaiheita ovat uusien mittausmenetelmien ja laitteiden kehittäminen (esim. interferometrit), spektroskooppisten laskentamenetelmien kehittäminen, molekyylispektroskopia, infrapunastandardien tuottaminen sekä optiikan ja spektroskopian tuotekehitys yhteistyössä teollisuuden kanssa.

Laboratoriossa on kehitetty useita Fourier-muunnosspektrometreinä käytettyjä interferometreja ja kansainvälisessä käytössä olevia laskentamenetelmiä. Keksinnöt on patentoitu. Kaasuanalysaattori GASMET, joka kehitettiin yhteistyönä teollisuuden kanssa, on kaupallisessa tuotannossa.

Prof. Jyrki Kauppinen sai 1992 Bomem-Michelson -palkinnon. Yhdessä Jari Partasen kanssa häneltä on ilmestynyt vuonna 2001 teos "Fourier Transforms in Spectroscopy".

Kvanttioptiikan tutkimusryhmän työ keskittyy atomioptiikkaan, erityisesti laserjäähdytettyjen atomien fysiikkaan ja Bosen-Einsteinin kondensaattiin, sekä kvantti-informaatioon (sovellutuksena mm. kvanttitietokone). Tutkimus on teoreettista perustutkimusta, joka kuitenkin liittyy läheisesti alan kokeelliseen tutkimukseen.

Prof. Kalle-Antti Suominen sai 2001 Magnus Ehrnroothin palkinnon. Yhdessä Stig Stenholmin kanssa häneltä on ilmestynyt vuonna 2005 teos "Quantum Approach to Informatics".