U području kvantne elektronike znanstvenici proučavaju interakciju zračenja i materije na kvantnoj razini. Koristeći znanje iz elektronike i fizike, znanstvenici u ovom području postigli su mnoga napredovanja u optici i radiofizici. Strojevi kao što su pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja (laser) i mikrovalno pojačanje stimuliranom emisijom zračenja (mazer) posebno su korisni u području kvantne elektronike.
Kvantna teorija je od strane znanstvenika prihvaćena kao temeljna teorija fizike koja ujedinjuje sve fizičke uređaje. Kao takav, svaki se elektronički uređaj može smatrati kvantnim elektroničkim uređajem. Većina znanstvenika, međutim, shvaća da su kvantni elektronički uređaji samo oni uređaji koji stimuliraju prijelaze između kvantnih energetskih razina. Laseri i maseri primarni su uređaji koji se koriste u kvantnoj elektronici, jer svaki od njih fokusira energiju u čvrsti, fokusirani snop. Tranzistori i supravodiči mogu koristiti principe kvantne mehanike, ali se obično ne smatraju kvantnim elektroničkim uređajima.
U kvantnoj elektronici, prijelazi između kvantnih energetskih razina su od posebnog značaja. Atomi, molekule i drugi kvantni sustavi sadrže pobuđene čestice. Ovi sustavi mogu sadržavati samo određene, strogo definirane količine energije. Kada sustav emitira elektromagnetsko zračenje, u obliku svjetlosti ili radio valova, prelazi s više energetske razine na nižu. Laseri i maseri mogu se koristiti za pobuđivanje ovih atoma ili molekula u viša stanja energije.
Laseri su jedan od glavnih uređaja koji se koriste u kvantnoj elektronici. Ovi strojevi zrače svjetlosne valove u fokusiranom snopu unutar uskog raspona zračenja. To čini svjetlost koju laser emitira monokromatskom, dok većina izvora svjetlosti emitira više boja svjetlosti, čak i ako se oku čini da svjetlost sadrži samo jednu boju.
Laseri su važni kako u istraživanju tako i u rješavanju praktičnih problema. Svjetlost lasera ne raspršuje toplinu i nema električni naboj. Laser može djelovati unutar korozivnih plinova i u vakuumu. Korisni su u mjerenju udaljenosti s velikom točnošću, optičkim komunikacijama i termonuklearnom fuzijom.
Drugi alat koji se obično koristi u kvantnoj elektronici je maser. Ovi uređaji emitiraju mikrovalno zračenje u fokusiranom snopu. Frekvencija ovih mikrovalova je stabilna i ne kvari se tako lako kao standardne mikrovalne pećnice. Primjena ovog stroja omogućuje komunikacijskim tornjevima koji emitiraju zvučne valove u rasponu mikrovalnog zračenja da šalju informacije na velike udaljenosti uz malo izobličenja.