物理システム工学科では、量子の領域からマクロな領域にわたる幅広い自然現象を体系的に理解し、物理学を工学に応用できる人材を育成します。全学共通教育科目に加え、学科独自の教育のため１～３年次では、「力学」「電磁気学」「熱統計力学」「量子力学」を４つの柱とする基礎物理を学び、4年次に卒業論文研究を通して先端分野を学びます。
１年次から開講される専門基礎科目では、物理システム工学基礎科目および数学を学びます。特に、高校での履修内容と大学初年度の学習が速やかにつながるように、「力学入門」「電磁気学入門」の２つの導入科目を新たに設けています。
１年次から３年次にかけて履修する専門科目I はすべてが必修科目で、本学科が物理学の基礎を学ぶために最低限必要と定めた科目です。力学、電磁気学、熱統計力学、量子力学、物理数学等の科目が含まれます。各科目ともに、２〜３学期をかけて初歩からじっくり学び、また、演習科目を併せて履修することにより理解を深めることを基本としています。
物理システム工学を学ぶ上で重要な、技術とスキルおよび応用力を身につけることを目的とした科目です。エレクトロニクス、コンピュータの知識・技術に関連した科目、プレゼンテーションの基礎を学ぶ科目、並びに実験科目が含まれます。
３年次から始まる専門科目Ⅲは、専門科目Ⅰと卒業研究を橋渡しする科目です。卒業研究 と結びついたさまざまな科目が設定されています。比較的少人数のクラスの中で、自らの興味にもとづいて、自主的にかつ幅広く、専門的・実践的な内容を学習します。４年次では、量子機能材料工学、量子光電子工学、原子分子物理工学、光材料物性工学、量子工学、粒子線応用工学、生命物理工学、量子制御デバイス工学、流体物性工学、超伝導工学のいずれかの研究室に所属して、卒業研究に取り組みます。教員の徴密な指導のもとで高度な研究を進め、３年次までの授業科目の理解を深めるとともに、洞察力、探求力、応用力を養います。
自然科学に対する興味を発展させながら、主体的に研究開発を進める能力[1．学習力 (Study)、2. 分析力(Analysis)、3. 企画設計力 (Innovative Design)、4. 論理的発信力 (Logical Presentation)]を育むためのプログラム。先進的な教育プログラムとして、文部科学省からのきわめて高い評価を受けています。SAILプログラムに適した学生を選抜するためのAO入試（SAIL入試）も実施しています。
「基礎ゼミ」は１年次前学期に、大学というこれまでとは全く異なる新しい環境での生活に一日も早く慣れ、有意義な学生生活を送るための手助けをするために開講される必修科目です。この科目は、フレッシュマンの皆さんに少人数グループでの対話型授業を通じて、学科の教育研究の全体像をいち早く体感してもらい、４年間にわたる学科開講教育科目についての学習意欲を高めてもらうことを目標とします。基礎ゼミの主な内容は、学科全研究室の見学会、社会で活躍している先輩を講師として招いての「ＯＢ・ＯＧ講演会」、 希望する担当教員の専門的研究に５人程度の少人数グループで取組む「テーマ研究」です。高等学校までの学習からは想像もできないような工学の幅広さと深さが理解できるでしょう。