Kvantinės elektronikos srityje mokslininkai tiria spinduliuotės ir materijos sąveiką kvantiniame lygmenyje. Naudodamiesi elektronikos ir fizikos žiniomis, šios srities mokslininkai padarė daug pažangos optikos ir radijo fizikos srityse. Tokios mašinos kaip šviesos stiprinimas stimuliuojamu spinduliuote (lazeris) ir mikrobangų stiprinimas stimuliuojamu spinduliuote (maseris) yra ypač naudingi kvantinės elektronikos srityje.
Kvantinę teoriją mokslininkai laiko pagrindine fizikos teorija, vienijančia visus fizinius prietaisus. Taigi bet koks elektroninis prietaisas gali būti laikomas kvantiniu elektroniniu įrenginiu. Tačiau dauguma mokslininkų kvantinius elektroninius prietaisus supranta kaip tik tuos įrenginius, kurie skatina perėjimus tarp kvantinės energijos lygių. Lazeriai ir mazeriai yra pagrindiniai kvantinėje elektronikoje naudojami įrenginiai, nes kiekvienas iš jų sutelkia energiją į tankų, sufokusuotą spindulį. Tranzistoriuose ir superlaidininkuose gali būti naudojami kvantinės mechanikos principai, tačiau jie paprastai nelaikomi kvantiniais elektroniniais prietaisais.
Kvantinėje elektronikoje perėjimai tarp kvantinės energijos lygių yra ypač svarbūs. Atomuose, molekulėse ir kitose kvantinėse sistemose yra sužadintų dalelių. Šiose sistemose gali būti tik tam tikri, griežtai apibrėžti energijos kiekiai. Kai sistema skleidžia elektromagnetinę spinduliuotę šviesos arba radijo bangų pavidalu, ji iš aukštesnio energijos lygio pereina į žemesnį. Lazeriai ir mazeriai gali būti naudojami šiems atomams ar molekulėms sužadinti į aukštesnes energijos būsenas.
Lazeriai yra vienas iš pagrindinių kvantinės elektronikos įrenginių. Šios mašinos skleidžia šviesos bangas sufokusuotu spinduliu siaurame spinduliuotės diapazone. Dėl to lazerio skleidžiama šviesa yra vienspalvė, o dauguma šviesos šaltinių skleidžia kelių spalvų šviesą, net jei akiai atrodo, kad šviesoje yra tik viena spalva.
Lazeriai svarbūs tiek tiriant, tiek sprendžiant praktines problemas. Lazerio šviesa neišsklaido šilumos ir neturi elektros krūvio. Lazeris gali veikti korozinėse dujose ir vakuume. Jie naudingi matuojant atstumą labai tiksliai, naudojant optinius ryšius ir termobranduolinę sintezę.
Kitas įrankis, dažniausiai naudojamas kvantinėje elektronikoje, yra maseris. Šie prietaisai skleidžia mikrobangų spinduliuotę sufokusuotu spinduliu. Šių mikrobangų dažnis yra stabilus ir neblogėja taip greitai, kaip įprastos mikrobangų krosnelės. Naudojant šį įrenginį ryšio bokštai, skleidžiantys garso bangas mikrobangų spinduliuotės diapazone, gali siųsti informaciją dideliais atstumais su nedideliu iškraipymu.