Teknillisen fysiikan koulutuksen juuret ulottuvat 1940-luvulle. Sotien jälkeen Suomen teollisuuteen kaivattiin uusia ideoita ja niiden toteuttajiksi insinöörejä, joilla olisi vankka matemaattis-fysikaalinen koulutus. Konsepti osoittautui alusta lähtien menestykselliseksi. Kuuden vuosikymmenen aikana osasto on kouluttanut huomattavan määrän näkyviä vaikuttajia Suomen yrityselämän sekä tieteen ja tutkimuksen palvelukseen. Monet tärkeät uudet alat ovat niin ikään saapuneet Suomeen teknillisen fysiikan osaston kautta - esimerkkeinä mm. ydinenergia, automaatio, elektroniikka ja informaatiotieteet.
Teknillinen fysiikka on läpi historiansa kyennyt houkuttelemaan opiskelijoiksi suomalaisen nuorison parhaimmistoa. Nykyisin osasto kouluttaa vuosittain 60-70 uutta diplomi-insinööriä fysiikan, matematiikan ja systeemitieteiden aloille. Suuri osa jatkaa opintojaan tohtorintutkintoon. Valmistuneet sijoittuvat mitä moninaisimpiin tehtäviin, tyypillisesti sellaisiin, joissa ollaan luomassa aidosti jotain uutta.
Tutkimus ja opetus ovat osastolla nivoutuneet tiiviisti yhteen. Osasto on TKK:n osastoista selvästi tutkimusintensiivisin. Teknillisen fysiikan ja matematiikan osastolla toimii useita kansainvälisesti tunnustettuja tutkimusryhmiä, akatemiaprofessoreita, Suomen Akatemian nimeämiä tutkimuksen huippuyksiköitä ja kansallisia tutkijakouluja.