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，承担国家自然科学基金、科技部重点研发计划等多项课题。

医学物理与工程研究所研发出国内首款商用多模态动物PET/SPECT/CT一体机，目前已在国内多家知名医疗机构、科研单位装机运行，成功采集万余例样本，并参加了多项核药研发，为核医学诊疗一体化提供重要科学依据；首台国产品牌可变角双探头SPECT被评为中关村首台（套）重大技术装备试验、示范项目优秀国产医疗设备成果；首台国产品牌SPECT/CT 作为国家创新医疗器械、国产唯一的四维定量SPECT/CT于2023年取得Ⅲ类医疗器械注册证，具有高通量SPECT探测器、24排高性能CT、NovelQuant定量成像和NovelCardiac心脏成像系统，不仅填补了国内空白，而且各项性能指标达到国际先进水平。质子放疗实时监测系统进入临床试验，大动物SPECT/CT，级联衰变符合成像技术获得多项专利。首创放射物质可视定位跟踪系统，核辐射智能监测系统在见证我国改革开放40周年的港珠澳大桥、献礼祖国70周年世纪工程的北京大兴国际机场等国家重特大项目中发挥关键作用，为二十大、北京冬奥会、杭州G20峰会、厦门金砖会议等国家重大活动保驾护航。开展颠覆创新的核医学成像技术——高性能自准直伽马成像系统研究，小动物高分辨率自准直SPECT 空间分辨率性能已超过目前世界最好的商业产品，手持术中导航手持自准直伽马相机分辨率、视野综合性能显著超过市场同类产品，“手持式医用伽马相机”项目荣获第49届日内瓦国际发明展金奖。人体高分辨率自准直伽马相机研究将为提高诊疗准确性、增强诊断信心和辅助预后评价提供重要依据。

2005年起进行工程硕士培养，累计培养学生近300名，为医学物理行业尤其是肿瘤放射物理方向培养了一大批骨干与中坚力量，成为国内医学物理师在职学位教育主要基地，并通过全日制博士及创新领军工程博士项目进一步为行业培养高层次人才。联合各级医院、学会、专业人员及企业等相关机构成立了中国放射治疗联合体RTUP，以提高中国基层医院放疗质控水平为切入点，提供专业指导、技术人员培训、分级认证、评估互检等服务，提升肿瘤诊治精准度，让广大患者受益，已经覆盖医院近800家，分布在21个省，31个市，线下受众学员、教员2300余人，成为业界教育培训重要平台与品牌。