理学院是以理为主、理工结合的研究型、多科性、开放式学院，于2003年7月由数学、应用物理、化学工程三系合并而成，现设有应用数学、应用物理、应用化学3个系和材料物理与化学、凝聚态物理、光信息科学、应用数学、高分子、高速铁路新材料等6个研究所。现有1个全国重点学科、1个省部级重点学科、7个博士点（含共建2个）、19个硕士点（含共建4个）、9个本科专业，并有6个省部级重点实验室和2个陕西省实验教学示范中心。学院教学与科研实验面积23000平方米，学校基础及其应用研究、本科生和研究生教学的重要基地。
学院师资队伍实力雄厚——现有教职工188人，其中中国工程院院士1人，“长江学者”特聘教授3人，教授、副教授100余人，博士生导师30人，国家级突出贡献专家5人，省级师德标兵1人，省级教学名师2人，国家杰出青年基金获得者3人，“中国青年科技奖”获得者1人，国家“百千万人才工程”1人；新世纪百千万人才工程国家级人选2人；“教育部新世纪优秀人才计划”6人；“翱翔”学者1人，“翱翔”名师3人。
学院教育教学成果显著——建院以来获得国家级和省级教学成果奖23项，其中国家教学成果二等奖1项，建有2个省级实验教学示范中心，1个原国防科工委重点建设专业，高分子材料与工程、应用物理学、数学与应用数学等3个陕西省名牌专业，陕西省特色专业1个，有2个项目入选国防科工委“十一五”国防特色学科专业教材立项建设， 8门“陕西省精品课程”。
学院科学研究硕果累累——“十五”以来承担各类科研项目150多项，其中承担“863”、“973”高科技计划、国家自然科学基金、国家“921工程”、省部级基金、国际研究合作等科研项目近150项，科研经费连年递增，2006年达890万元，2007年达1300万元， 2008年达1700万元。国家自然基金项目数大幅增加，2008年立项国家自然基金13项。“十五”以来，共获国家和省部级以上科技奖23项，其中国家自然科学奖（国家四大奖之一）二等奖1项，实现了学校该奖项零的突破，国家技术发明奖1项，国防科技奖5项，教育部自然科学奖1项，陕西省科学技术奖15项。授权发明专利40余项；被国际三大重要索引收录论文1400余篇，在国内外一流及重要学术刊物上发表论文近3000余篇。尤其是被三大索引之首SCI收录的论文篇数2005年排名全校第一，2004、2006、2007、2008年均排名全校第二。
科学研究自成体系，特色鲜明。一是形成了结合国防需求进行应用数学研究的特色，设有“计算力学、计算材料学以及复杂流体模拟的科学工程”、“非线性随机动力系统分析”、“图形、图像处理”、“应用概率统计”和“偏微分方程理论及应用”和“图理论及对策论”等研究方向；二是形成了探索自然科学原理、进行高水平基础研究的特色，设有“空间材料科学”、“智能材料科学”、“材料表面与界面物理”和“光学信息获取及光电混合处理新技术”等研究方向；三是形成了面向“三航”领域进行新材料应用基础和工程化研究的特色，设有“结构/功能树脂基复合材料”、“高性能工程塑料与加工工程”、“生物医用高分子材料”、“功能高分子”、“精细有机化学品” 和“环境水处理”等研究方向。这些特色为学院实现“建设一个强大的理科”宏伟目标和建设高水平研究型理学院奋斗目标奠定了坚实基础。
学院人才培养精英辈出——学院坚持全面推进素质教育，大力培养优秀拔尖人才。学院在校学生2100余人，其中本科生1400人，硕士生、博士生700余人。建院以来已为国防科技事业和国民经济建设输送了各类高级专业人才4000余名，其中博士98人，硕士近1000人，毕业生深受用人单位欢迎。解文军教授的博士学位论文被评为全国百篇优秀博士论文，另有4名博士和教师获得德国洪堡基金，学院所有实验室为本科生开放，本科生获得“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛奖11项。
学院国际合作快速发展——学院国际合作和学术交流活动活跃，相继与美、俄、英、法、德、瑞、日、韩等国家的10余所高校和科研机构建立了长期稳定的合作关系。