V roce 2001 vyhlašuje tehdejší rektor ČVUT prof. Jiří Witzany grantovou soutěž na financování projektů, které by otevřely nové směry výzkumu a zvýšily dynamiku fungování ČVUT. Tým vědců z katedry fyziky ČVUT vedený Ing. Stanislavem Pospíšilem, DrSc. Podává návrh na založení ústavu, který by se stal experimentální základnou pro výzkum ve fyzice mikrosvěta.
Komise sestávající z externích pozorovatelů projekt schvaluje, a k 1. květnu 2002 je založen Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT (ÚTEF ČVUT). V letech 2002–2015 ústav sídlí na Horské ulici 3a/22 v Praze 2 na Albertově a jeho prvním ředitelem se stává doc. Ing. Stanislav Pospíšil, Ph.D., který ve vedení ústavu setrvá až do roku 2015, kdy ho vystřídá doc. Ing. Ivan Štekl, CSc. Kolektiv ústavu se za dobu své existence rozroste z původních devíti na dnešních téměř sto zaměstnanců, převážně mladých vědců a Ph.D. studentů, a jeho roční rozpočet dnes dosahuje více než 100 milionů Kč.
ÚTEF se stává pořadatelem pravidelné mezinárodní konference MEDEX věnované problematice výpočtů jaderných maticových elementů pro dvojitý rozpad beta a temnou hmotu, která do Prahy pravidelně přivádí odborníky z celého světa.
Ústav se podílí na produkci a studiu supertěžkých elementů a na sledování exotických procesů při štěpení transuranů v SÚJV Dubna a ILL Grenoble.
Pracovníci ÚTEF se v rámci spolupráce s CERN podílejí na projektu ATLAS na LHC. Do jeho řešení se zapojují již ve fázi jeho výstavby. Významným příspěvkem je jejich podíl zejména na návrhu a výrobě jedné z klíčových částí experimentu, dopředného neutronového stínění (ATLAS forward shielding). To bylo vyrobeno v České republice a představovalo pro český průmysl zakázku za cca 68 mil. Kč.
Ústav se ve spolupráci s CERN v rámci kolaborace Medipix zapojuje do vlastního vývoje citlivých pixelových detektorů na bázi senzorů Timepix s vysoce integrovanou mikroelektronikou na úrovni jednotlivých pixelů. Laboratoř detektorových technologií ÚTEF postupně vyvinula sofistikovanější detektory HardPix využitelné na satelitech, které dokáží charakterizovat radiační prostředí.
Tým vědců ze Zobrazovací mikroradiografické laboratoře ÚTEF začíná jako jeden z prvních v České republice se zobrazováním s pomocí mikro- resp. nanofokusových rentgenových (RTG) zdrojů, které umožňují 3D vizualizaci vnitřních struktur s rozlišením menším než jeden mikrometr. Dnes vytváří prostor pro rozvoj nových aktuálních oborů, jako je např. 2D či 3D on-line zobrazování v medicíně a technice, nanotechnologie apod.
Kolektiv řešitelů ATLAS z ÚTEF buduje a provozuje sítě polohově citlivých pixelových detektorů ATLAS-MPX, které jsou rozmístěny na 16 místech detektoru ATLAS jak uvnitř, tak v jeho okolí a jsou začleněny do jeho základní infrastruktury.
Tým vědců ÚTEF se zapojuje do výzkumu v oblasti neutrinové fyziky v podzemní laboratoři LSM Modane ve Francii a realizuje tam experimenty SuperNEMO (neutrino Ettore Majorana observatory), LEGEND (large enriched germanium experiment for neutrino-less ββ decay) a COBRA (the cadmium zinc telluride 0-neutrino double-beta reserach apparatus).
ÚTEF se dlouhodobě podílí na organizování série konferencí "iWoRiD - International Workshop on Radiation Imaging Detectors" (1999-2013). V roce 2009 mu bylo svěřeno pořádání 11-tého ročníku této mezinárodní konference.
ÚTEF přebírá od Matematicko-fyzikální fakulty Van de Graaffův elektrostatický urychlovač lehkých iontů s maximální energií 2,5 MeV. Ten mimo jiné funguje jako kalibrační a testovací zařízení detektorů ionizujících částic a je referenčním pracovištěm ESA.
Detektory Timepix Litex vyvinuté v ÚTEF jsou ve spolupráci s Univerzitou v Hustonu NASA umístěny na Mezinárodní vesmírnou stanici (ISS), kde slouží jako osobní dozimetry astronautů.
Detektor SATRAM (space application of timepix radiation monitor) je vynesen na oběžnou dráhu Země na palubě satelitu ESA PROBA-V.
Bývalými spolupracovníky ÚTEF je založena spin-off firma Widepix, později přejmenovaná na Advacam, která se zaměřuje na komerční aplikace technologií pixelových detektorů. Za aktivní účasti výzkumníků ÚTEF dodává na trh detekční systémy na bázi detektorů vyvinutých v kolaboraci Medipix/Timepix. ÚTEF spolupracuje také s firmou Nuvia na vývoji scintilačních detektorů pro CERN a LSM.
Ředitelem ústavu se stal doc. Ing. Ivan Štekl, CSc.
Timepix, detektor vyvinutý i za účasti ÚTEF, funguje jako součást miniaturního X-ray teleskopu na českém satelitu VZLUSAT-1 sestaveném konsorciem českých institucí.
ÚTEF se stěhuje do prostor Betlémského paláce na adrese Husova 5.
Tým pracovníků ÚTEF se v rámci mezinárodní kolaborace KM3NeT zapojuje do vývoje neutrinového podvodního teleskopu nacházejícího se ve Středozemním moři. Podílí se na vývoji detekčních technologií (pixelové detektory Timepix/Medipix), analýze dat z podvodního neutrinového teleskopu a jeho instrumentaci, metodice měření a vědeckém využití dat, která jsou sbírána v mořském prostředí.
ÚTEF navazuje spolupráci s Japonskou kosmickou agenturou (JAXA). Detektor RISEPix vyvinutý ÚTEF slouží jako radiační kamera na japonském satelitu RISESAT (Rapid International Scientific Experiment Sattelite, japonsky Hodoyoshi 2) vypuštěného raketou Epsilon-4.
Díky úspěchům na poli výzkumu v oblasti Space se ÚTEF teprve jako čtvrtá organizace z České republiky stal členem Mezinárodní astronautické federace IAF.
Bylo podepsáno memorandum o vědecké spolupráci mezi ÚTEF a tchajwanskou Národní vesmírnou agenturou (NSPO).
ÚTEF se zapojuje do EuCAPT a hostí první workshop EuCAPT Astroneutrino Theory. Od té doby ÚTEF působí jako členská instituce konsorcia a v letech 2021 a 2024 organizacuje mezinárodní workshopy EuCAPT v oblaasti teoretické astročásticové fyziky a kosmologie.
ÚTEF ČVUT se zařadil mezi organizátory mezinárodní konference ANIMMA (Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications) zaměřené na jadernou instrumentaci, detektory záření a jejich aplikace ve fyzice, energetice, medicíně a kosmických vědách a uspořádal v Praze její 7. ročník.
Do vesmíru je na palubě satelitu ION společnosti D-Orbit vynesen první prototyp radiačního monitoru HardPix, který představuje novou generaci detektorů na bázi čipu Timepix, vyvinutých pro aplikace ve vesmíru.
Na oběžnou dráhu je vynesen druhý HardPix na palubě satelitu ION, monitorující kosmické počasí ve výšce 1200 km.
Dva další HardPixy jsou součástí novozélandského experimentu Heki, který byl na půl roku umístěn na vnější plášť stanice ISS.
ÚTEF organizuje konferenci RADECS (RADiation and its Effects on Components and Systems) 2026 – významné mezinárodní vědecké a průmyslové fórum, jehož se každoročně účastní stovky špičkových odborníků z celého světa – počínaje vědci a inženýry až po zástupce předních firem a výzkumných institucí.