光学晶格可广泛应用于研究囚禁原子的铁磁圳、反铁磁和顺磁性质，偏振梯度冷却与囚禁的动力学，Raman冷却和绝热冷却，波包动力学、量子传输与隧道效应以及光通过原子光学晶格的Bragg衍射等。

除了采用冷原子的光学晶格以外，采用一维、二维和三维的载流导线阵列也可实现冷原子的磁阱或磁光阱阵列，从而形成一维、二维和三维的原子磁晶格或磁光晶格。原子磁晶格或磁光晶格也可广泛应用于各种磁囚禁行为，波包动力学，量子传输与隧道效应的研究以及采用冷原子的量子计算，甚至用于制备一维、二维和三维的光子晶体等。

2011年12月，科学家利用光学晶格系统，获得了地球上最低的温度记录，其数值为零下273.15摄氏度。制备这种极端低温环境是研究物质基本性质，以及量子力学原理下一些奇异特性的必备条件。科学家们有选择性地将光学晶格中“最热”的原子剔除。这一研究或许将可以被用来制造未来量子计算机的存储器。

这种光学晶格内部交叉光线构成强度峰值区和凹槽区，有点像是蛋娄结构，而原子则会倾向于留在凹槽区内，这里是能量最低的区域。当原子被加入到这些凹槽区中后，接下来再添加入其它后续的原子将变得愈发困难，这就是所谓的“障碍”效应。

但美国哈佛大学的研究人员发明了针对这一效应的修正版本，称为“轨道交换障碍”效应。这种方法可以让这些原子进一步冷却到“皮度”(picoKelvin)级别，即绝对温度以上一万亿分之一度的数量级。