精密仪器系拥有光学工程、仪器科学与技术两个全国重点学科，在全国一级学科评估中，仪器科学与技术、光学工程两个一级学科均名列前茅。全系建有精密测试技术及仪器全国重点实验室、时空信息精密感知技术全国重点实验室、光盘系统及应用技术国家工程研究中心、智能微系统教育部重点实验室、高精度导航技术教育部重点实验室、光子测控技术教育部重点实验室、生物医学检测技术及仪器北京实验室以及类脑计算研究中心、微米纳米技术研究中心等科研平台。

全系科研面向国际基础前沿和国家重大需求，坚持为国民经济服务，每年承担国家重大专项、重点研发计划、重大科学仪器开发专项、国家自然科学基金项目及其它科技开发项目等百余项。70年代，研制开发了自动分布重复照相机、图形发生器、分布投影光刻机、电子束曝光机工件台等半导体设备，其中自动分布重复照相机应用于全国100多个厂家，受到好评；研制了多种磁盘测试仪器，促进了我国电子工业的发展。“七五”“八五”期间，光/热效应型可直接改写光盘技术研究获得国家发明二等奖。“九五”“十五”期间，微米纳米技术取得了国际水平的研究成果,科研经费显著增加，获得国家级奖励7项，其中国家发明奖4项，科技进步奖3项。“十一五”至“十三五”期间，我系获国家科技奖励9项，其中国家技术发明奖二等奖6项，国家科技进步奖二等奖2项，国家自然科学奖二等奖1项；教育部技术发明奖一等奖1项，教育部技术发明及自然科学奖二等奖3项，北京市科学技术奖一等奖1项，国际科学技术合作奖1项，全国创新争先奖1项。“十四五”期间，我系获国家自然科学奖二等奖一项，JS发明一等奖2项，北京市自然科学一等奖1项，北京市自然科学奖二等奖2项，教育部科学研究优秀成果奖特等奖1项，教育部科学研究优秀成果奖一等奖1项。全系师生在国内外学术刊物及学术会议上发表多篇高水平论文，获得国家授权发明专利数量猛增，成果转化成绩喜人。科研经费总量增长迅速，国家重大任务逐渐成为科研工作的主流，科技成果转化效果和社会经济效益显著。全系十分重视开展国内外学术交流，和国外许多著名大学和研究机构保持着密切的联系和合作，已组织召开多次国际学术会议，如NUS-Tsinghua Biophotonics and Bioelectronics Symposium”研讨会、精密测试技术及仪器国际会议、第十五届亚洲-太平洋地区国际近场光学研讨会等。