工程物理系在2003年设立医学物理与工程二级学科，2005年成立医学物理与工程研究所。主要从事医学影像、肿瘤放射物理以及医疗新技术研究等方向的人才培养、科研以及成果产业化。

医学影像研究方向：

2010年成立清华大学（工物系）－北京辛耕普华医疗科技有限公司核医学影像联合研究中心，现更名为清华大学（工物系）－北京永新医疗设备有限公司核医学影像联合研究中心。主要从事先进的核医学影像技术及系统的研究，在研项目有：用于分子影像学的小动物PET/SPECT/CT系统、医用SPECT系统、人体PET/CT系统、放射性物质定位追踪系统。中心吸引了众多海内外专业人才，致力于大型医疗设备、探测器、机械与自动化、电子学系统物理设计与先进医学算法软件等方面的研发工作，推动清华大学核医学影像学科建设及人才培养。

肿瘤放射物理方向：

2005年起与清华大学医学院联合，进行医学物理方向工程硕士培养，目前已经举办11期，培养学生230余名，成为国内医学物理师在职学位教育主要基地。

承担十一五、十二五科技支撑计划课题，研制国际首创的kV/MV同源双能IGRT医用加速器以及相关治疗技术研究。