Na področju kvantne elektronike znanstveniki preučujejo interakcijo sevanja in snovi na kvantni ravni. Z uporabo znanja iz elektronike in fizike so znanstveniki na tem področju naredili veliko napredkov v optiki in radijski fiziki. Stroji, kot sta ojačitev svetlobe s stimulirano emisijo sevanja (laser) in mikrovalovna amplifikacija s stimulirano emisijo sevanja (maser), so še posebej uporabni na področju kvantne elektronike.
Kvantno teorijo znanstveniki sprejemajo kot osnovno teorijo fizike, ki združuje vse fizične naprave. Kot taka se lahko katera koli elektronska naprava šteje za kvantno elektronsko napravo. Večina znanstvenikov pa kvantne elektronske naprave razume le kot tiste naprave, ki spodbujajo prehode med kvantnimi energijskimi nivoji. Laserji in maserji so primarne naprave, ki se uporabljajo v kvantni elektroniki, saj vsak od njih usmerja energijo v tesen, fokusiran žarek. Tranzistorji in superprevodniki lahko uporabljajo načela kvantne mehanike, vendar se običajno ne štejejo za kvantne elektronske naprave.
V kvantni elektroniki so prehodi med kvantnimi energijskimi nivoji še posebej pomembni. Atomi, molekule in drugi kvantni sistemi vsebujejo vzbujene delce. Ti sistemi lahko vsebujejo le določene, strogo določene količine energije. Ko sistem oddaja elektromagnetno sevanje v obliki svetlobe ali radijskih valov, se premakne z višje energetske ravni na nižjo. Laserje in maserje je mogoče uporabiti za vzbujanje teh atomov ali molekul v višja energijska stanja.
Laserji so ena glavnih naprav, ki se uporabljajo v kvantni elektroniki. Ti stroji oddajajo svetlobne valove v usmerjenem žarku v ozkem območju sevanja. Zaradi tega je svetloba, ki jo oddaja laser, monokromatska, medtem ko večina svetlobnih virov oddaja več barv svetlobe, tudi če se očesu zdi, da svetloba vsebuje samo eno barvo.
Laserji so pomembni tako pri raziskavah kot pri reševanju praktičnih problemov. Svetloba laserja ne razprši toplote in nima električnega naboja. Laser lahko deluje v korozivnih plinih in v vakuumu. Uporabne so pri merjenju razdalje z veliko natančnostjo, optičnih komunikacijah in termonuklearni fuziji.
Drugo orodje, ki se običajno uporablja v kvantni elektroniki, je maser. Te naprave oddajajo mikrovalovno sevanje v fokusiranem žarku. Frekvenca teh mikrovalov je stabilna in se ne poslabša tako hitro kot standardne mikrovalovne pečice. Uporaba tega stroja omogoča, da komunikacijski stolpi, ki oddajajo zvočne valove v območju mikrovalovnega sevanja, pošiljajo informacije na velike razdalje z majhnim popačenjem.