原子科學院是本校最具歷史和特色的學院，著重物理、化學、生物和工程基礎教育，具有跨領域整合特色，並以原子能和平用途及相關應用科技研究發展為主軸，50多年來始終領導台灣核能科學與核子醫學與技術的發展；也是全球核子科學與工程領域中最大且師資最完整的教研機構之一。

本院現有四系所及一學士班共計五個教學單位編組，包括「工程與系統科學系」、「生醫工程與環境科學系」、「核子工程與科學研究所」、「分析與環境科學研究所」以及「原子科學院學士班」。