Основные направления исследований Сектора включают в себя: взаимодействие лазерного излучения с веществом, лазерные технологии, теоретические основы нанофотоники и оптические свойства нано- и метаматериалов. В настоящее время в Секторе ведутся работы связанные с физикой взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с веществом, в том числе применительно к развитию лазерных технологий прецизионной обработки материалов. Развивается теория оптических свойств широкого класса нано- и метаматериалов, включая их использование для создания приборной базы плазмонной наноэлектроники и нанофотоники и в биомедицинских приложениях. Проводятся исследования одной из фундаментальных проблем квантовой радиофизики – свойств фотонов и их взаимодействия с квантовыми объектами.