物理・工学分野の研究は、治療の質と安全を保証することを基礎的な考え方として進められています。体内の臓器の動きを治療照射に反映して炭素線をより正確に照射する技術や、高精度治療計画に向けた新たな線量評価法の開発、体内電子密度の正確な評価のための炭素線CT・準単色X線CTや、コンプトンカメラを用いた画像診断機器の開発等を広範囲に実施しています。更に、加速器やビームの制御の高精度化を含む物理・工学とドジメトリー等の医学物理学並びに放射線生物学の研究の融合の下に、新たな重粒子線治療としてカーボンナイフ治療の技術開発を行っています。このような新規の治療技術は、従来の重粒子線治療の適用範囲を一層広げるものとして期待されています。
物理・工学分野には多数の医学物理士資格を持ったスタッフと、生命医科学専攻修士課程および医科学専攻・リーディング大学院博士課程の大学院生を有し、日々、活発な議論と研究を行っています。特に、修士課程の医学物理・生物学分野は認定医学物理教育コースに認定されており、修士課程2年時に医学物理士認定資格試験の受験資格を得ることができ、また、医学物理士認定に必要な経験年数の短縮が可能となっています。
日本は重粒子線治療の分野で世界をリードしており、その中で群馬大学は国内で初めて重粒子線治療施設を持つ大学として高度で実践的な教育・研究を行っています。