经过校内多年整合，2000年底，根据学校建立高水平大学的要求，为适应校整体规划中的：校、院、系三级管理体制，成立实体化的理学院。
理学院包括数学系和物理学院。其中物理学院又设立物理系、近代物理系、天文与应用物理系，以及中科院结构分析重点实验室和量子信息重点实验室。
理学院现有教职工405人，其中：中科院院士4人，奥地利科学院通讯院士1人，博士生导师104人，教授136人，副教授135人。在校本科生1615人，硕士研究生323人，博士研究生168人。
理学院主要培养从事尖端科学基础研究、应用研究和科研开发的高级人才，已成为全国首批理科人才培养基地，以及中国科学院博士生重点培养基地。理学院现有：4个一级学科 数学、物理学、天文学、电子科学与技术；14个二级学科 基础数学、计算数学、应用数学、运筹学与控制论、概率论与数理统计、理论物理、粒子物理与原子核物理、原子分子物理、等离子体物理、凝聚态物理、光学、天体物理、微电子学与固体电子学、物理电子学。 其中国家重点学科八个：
基础数学、概率论与数理统计、粒子物理与原子核物理、等离子体物理、凝聚态物理、光学、理论物理、天体物理。
省重点学科两个： 原子分子物理、物理电子学。10个博士后流动站学科 基础数学、计算数学、应用数学、理论物理、粒子物理与原子核物理、原子分子物理、等离子体物理、凝聚态物理、光学、天体物理。 国家首批理科基础科学研究与教学人才培养基地两个：数学、物理学。
理学院现有中国科学院结构分析重点实验室，中科院中国科技大学量子信息重点实验室以及数学研究所,天体物理中心,非线性科学中心,理论物理研究所,光学研究所等十余个校级科研机构。承担着国家863、973、重大科学工程，国家自然科学基金，科学院等一大批国家重要科研项目。在基础数学、计算数学、应用数学、凝聚态物理、纳米材料、光学、量子通信与量子计算、激光、超导、理论物理、等离子体物理、粒子物理与原子核物理、物理电子学、固体电子学和微电子学、天体物理等研究方向上做出一批在国际上有显示度、国内领先的科研成果。
作为牵头单位，承担"量子通信与量子信息技术"国家973项目，郭光灿教授受聘为该领域首席科学家。2001年12月份，由国家自然科学基金委"创新研究群体"现场考核组经过实地考核，该院由侯建国教授为学术带头人、以中科院结构分析重点实验室和选键化学重点实验室为依托的群体, 以郭光灿教授为学术带头人、以中科院量子信息重点实验室为依托的群体，被批准为国家自然科学基金委"创新研究群体"。