光学工程是指把光学理论应用到实际应用的一类工程学。光学工程设计光学仪器，例如镜头、显微镜和望远镜，也包括其他利用光学性质的设备。此外，光学工程还研究光传感器及相关测量系统，激光、光纤通信和光碟（例如CD.DVD）等。

因为光学工程设计及开发的元件需要利用光来达到特定目的，因此光学工程需要了解光的本质，知道在实验室可以达到的极限。而实务上也需要考虑可用技术、材料、成本及设计方法等。光学工程和其他工程领域类似，也会用电脑来辅助设计过程。可能配合仪器使用、用做光学模拟、光学系统设计及其他应用中。工程师也常会使用试算表及编程语言等工具，当然光学工程师也常会使用针对光学设计的工具或套装软件。

光学工程计量学会利用光学方式进行量测，用像激光散斑干涉仪仪器量测微振动，或是用量测折射的仪器量测不同物体的特性。

光物理学从微波到x射线，横跨整个电磁波谱，对于每一个频率，研究者尝试发展出具有更优良性质的发光源。线性与非线性光学过程、光谱学都囊括在光物理学内。研究者会对于各种线性或非线性光学过程做详细分析。激光与激光光谱学的研究成果已彻底地拓宽了光学的工作范围。量子光学、飞秒光学也是光物理学的重要研究领域。孤独原子对于强劲与超短时电磁场的非线性响应、原子-腔相互作用、电磁场的量子性质，这些高阶论题近期也是光物理学的重点项目。其它重要领域包括纳米光学测量所使用的崭新光学技术、衍射光学、低相干干涉测量术、光学相干断层扫描、近场显微镜等等。光物理学的研究成果，时常会促成通讯业、制药业、制造业和甚至娱乐业的惊人进展。

光物理学研究电磁辐射的生成与性质、电磁辐射与物质之间的相互作用，特别是其控制与操纵。它与一般光学、光学工程不同的方面是在于它比较专注于发现与应用新光学现象；但在光物理学、应用光学、光工程学之间，并没有太大的区别，因为光工程学所发展出来的元件、应用光学找到的实际用途，都是光物理学的基础研究所必需的前提，而这基础研究又导致发展出新元件与新用途。研究员时常会同时参与基础研究与应用发展的各种计划，例如，史蒂芬·哈瑞斯做实验发现了电磁感应透明现象，他又与莱娜·豪合作对于慢光技术的发展贡献良多。