Kvantu elektronikas jomā zinātnieki pēta starojuma un matērijas mijiedarbību kvantu līmenī. Izmantojot zināšanas no elektronikas un fizikas, zinātnieki šajā jomā ir panākuši daudzus sasniegumus optikas un radiofizikas jomā. Tādas iekārtas kā gaismas pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju (lāzers) un mikroviļņu pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju (maser) ir īpaši noderīgas kvantu elektronikas jomā.
Zinātnieki uzskata, ka kvantu teorija ir fizikas pamatteorija, kas apvieno visas fiziskās ierīces. Tādējādi jebkuru elektronisku ierīci var uzskatīt par kvantu elektronisku ierīci. Tomēr lielākā daļa zinātnieku saprot, ka kvantu elektroniskās ierīces ir tikai tās ierīces, kas stimulē pārejas starp kvantu enerģijas līmeņiem. Lāzeri un mazeri ir galvenās ierīces, ko izmanto kvantu elektronikā, jo katra no tām fokusē enerģiju ciešā, fokusētā starā. Tranzistori un supravadītāji var izmantot kvantu mehānikas principus, taču tos parasti neuzskata par kvantu elektroniskām ierīcēm.
Kvantu elektronikā īpaši svarīgas ir pārejas starp kvantu enerģijas līmeņiem. Atomi, molekulas un citas kvantu sistēmas satur ierosinātas daļiņas. Šīs sistēmas var saturēt tikai noteiktus, stingri noteiktus enerģijas daudzumus. Kad sistēma izdala elektromagnētisko starojumu gaismas vai radioviļņu veidā, tā pāriet no augstāka enerģijas līmeņa uz zemāku. Lāzerus un māzerus var izmantot, lai ierosinātu šos atomus vai molekulas augstākos enerģijas stāvokļos.
Lāzeri ir viena no galvenajām ierīcēm, ko izmanto kvantu elektronikā. Šīs iekārtas izstaro gaismas viļņus fokusētā starā šaurā starojuma diapazonā. Tādējādi lāzera izstarotā gaisma ir monohromatiska, savukārt lielākā daļa gaismas avotu izstaro vairākas krāsas gaismu, pat ja gaismai šķiet, ka tā satur tikai vienu krāsu.
Lāzeri ir svarīgi gan pētniecībā, gan praktisko problēmu risināšanā. Lāzera gaisma neizkliedē siltumu un tai trūkst elektriskā lādiņa. Lāzers var darboties korozīvās gāzēs un vakuumā. Tie ir noderīgi, lai mērītu attālumu ar lielu precizitāti, optiskos sakarus un kodolsintēzi.
Vēl viens rīks, ko parasti izmanto kvantu elektronikā, ir maser. Šīs ierīces izstaro mikroviļņu starojumu fokusētā starā. Šo mikroviļņu frekvence ir stabila un nepasliktinās tik ātri, kā to dara standarta mikroviļņi. Šīs iekārtas pielietojums ļauj sakaru torņiem, kas izstaro skaņas viļņus mikroviļņu starojuma diapazonā, nosūtīt informāciju lielos attālumos ar nelieliem kropļojumiem.