Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp có tiền thân là phòng thí nghiệm chuyên đề về Vật lý Nhiệt độ thấp được thành lập theo Quyết định của Bộ Đại học và Trung học chuyên nghiệp số 1220 ngày 22 tháng 5 năm 1976. Ngày thành lập Bộ môn được tính theo ngày kí quyết định của Hiệu trưởng Trường Đại học Tổng hợp là ngày 14 tháng 1 năm 1977. Sự ra đời của Phòng thí nghiệm Vật lý Nhiệt độ thấp gắn liền với chương trình viện trợ của chính phủ Hà Lan về khoa học và giáo dục, cụ thể là thành lập các phòng thí nghiệm có tên các VH. Phòng thí nghiệm Nhiệt độ thấp mang tên VH13. Đến ngày 29/5/2000 PTN Nhiệt độ thấp đổi tên thành Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp.
Chức năng và nhiệm vụ của Bộ môn là nghiên cứu khoa học, giảng dạy và đào tạo các chuyên gia về Vật lý nhiệt độ thấp, nghiên cứu các tính chất của vật liệu ở vùng Nhiệt độ thấp với các trình độ cử nhân, thạc sĩ và tiến sĩ. Đồng thời thực hiện nhiệm vụ hợp tác Quốc tế về đào tạo và nghiên cứu khoa học với các nước tiên tiến.
Trong thời gian từ ngày thành lập đến khoảng năm 2000, ngoài việc nghiên cứu các vấn đề Vật lý và Kỹ thuật Nhiệt độ thấp như các lý thuyết nhiệt động, chuyển pha, các kỹ thuật hóa lỏng khí, tạo và đo đạc nhiệt độ thấp, hướng nghiên cứu thế mạnh của Phòng thí nghiệm là Vật liệu liên kim loại đất hiếm – kim loại chuyển tiếp, vật liệu siêu dẫn Nhiệt độ cao và Kỹ thuật phẫu thuật lạnh. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên hàng trăm công trình khoa học ở các hội nghị và các tạp chí quốc tế. Từ năm 2000 đến nay, bên cạnh việc tiếp tục các hướng nghiên cứu truyền thống, các cán bộ Bộ môn đã mạnh dạn đi vào các lĩnh vực nghiên cứu mới, phù hợp với xu hướng của thế giới cũng như nhu cầu của xã hội: Vật liệu từ nhiệt, vật liệu nhiệt điện, vật liệu có cấu trúc nano...
Về đào tạo: Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp đào tạo chuyên ngành Vật lý Nhiệt, Từ học và siêu dẫn bậc cử nhân, chuyên ngành Vật lý Nhiệt bậc Thạc sĩ (mã số: 8440130.07) và Tiến sĩ (mã số: 9440130.07). Trước đây, Bộ môn còn quản lý chuyên ngành Vật lý Điện từ ở bậc Thạc sỹ và Tiến sĩ. Từ năm 2007, chuyên ngành này sáp nhập vào chuyên ngành Vật lý Chất rắn. Như vậy, cán bộ của Bộ môn cũng tham gia giảng dậy một số môn của chuyên ngành Vật lý Chất rắn và các học viên cao học, nghiên cứu sinh của chuyên ngành này có thể làm luận án tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp.
- Về đào tạo, Bộ môn đã đào tạo 28 Tiến sĩ, trên 100 Thạc sĩ và hàng trăm cử nhân khoa học.
- Về nghiên cứu khoa học, số công trình khoa học công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước gần 400 bài báo và báo cáo khoa học. Trong đó có khoảng 200 bài báo được công bố trên các tạp chí khoa học có uy tín trên thế giới. Tập thể Bộ môn đã hoàn thành xuất sắc hơn 60 đề tài nghiên cứu khoa học các cấp.
- Ngoài việc đào tạo và NCKH, các cán bộ trong Bộ môn tích cực đóng góp công sức của mình trong việc viết các giáo trình chuyên ngành và giáo trình Vật lý Đại cương.
- Với những thành tích về đào tạo và NCKH, năm 2010 Bộ môn đã nhận được Huy chương “Lao động hạng hai” của Chủ tịch nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam và nhiều Bằng khen của Thủ tướng Chính phủ, từ Bộ GD và ĐT và từ Giám đốc Đại học Quốc gia tặng thưởng.
- Đặc biệt, cụm công trình “Nghiên cứu cơ bản và định hướng ứng dụng các vật liệu từ liên kim loại đất hiếm – kim loại chuyển tiếp” với tác giả là các nhà khoa học trưởng thành tại bộ môn đã vinh dự được nhà nước trao tặng Giải thưởng Nhà nước về Khoa học Công nghệ năm 2016.