物理學研究的領域分類非常廣泛，與不同學科跨領域研究的情形也十分常見，大致可分為凝聚態物理(Condensed Matter Physics)，原子、分子和光學物理(Atomic, Molecular, and Optical Physics)，高能/粒子物理(Particle Physics)與天體物理(Astrophysics)。
在物理學科的領域裡，分為理論物理學派與實驗物理學派。理論物理學家，例如愛因斯坦，試圖透過數學模型來理解所有物理現象的運行機制，他們的"實驗室"就是自己的辦公桌，"實驗儀器"則是一張紙跟一枝筆，因此豐富的想像力、精湛的數學造詣，以及嚴謹的邏輯推理能力為理論物理學家必備的技能。知名的理論物理學家默里•蓋爾曼就曾說過，理論學家用紙、筆和廢紙簍作為研究工具，其中最重要的就是廢紙簍!
相反地，實驗物理學家則選擇直接或間接地觀察宇宙或物理現象，收集並解釋所得到的資料。因此，實驗物理學家通常需要架設起龐大的實驗儀器，甚至跋山涉水到人煙稀少的地方觀測天文景象、完成事前縝密的實驗規劃與長時間、多次的實驗中驗證與確認實驗結果，事後資料的分析等步驟。不過在物理學的發展中，理論和實驗都是不可缺，是必須要互相搭配的。譬如理論學家提出新的假說，由實驗學家加以驗證，或實驗學家發現的新現象，必須由理論學家提出解釋等。
由於物理研究跟涉及範圍太廣，與基礎學科化學與數學一樣，在各大高校裡甚至有一門專業稱為應用物理(Applied Physics)專業，針對實際用途而進行物理研究，譬如材料科學、醫學物理、光電工程、鐳射物理、等離子體物理、地球物理、生物物理，或大氣物理等跨領域學科。
凝聚態物理是目前物理學最大的分支，美國的該領域研究者就占到該國物理學者整體的近三分之一。凝聚態指的是由大量粒子組成，並且粒子與粒子之間存在很強的交互作用的系統，常見的凝聚態有固態、液態，甚至是某些特定物質在低溫條件下的超導相等。此領域與化學、材料科學、奈米科技有相當程度的重疊，其中量子力學、電磁學以及統計力學的知識對於該領域尤為重要。
原子、分子與光學物理的研究範疇約一至數個原子，研究物質之間，或光與物質的交互作用。這領域是希望瞭解物質是怎樣在原子與分子層次組構而成、明白光與物質之間的交互作用，藉以發展出新技術或新器件。
粒子物理學研究組成物質的基本粒子，它們的結構與它們彼此之間的交互作用。譬如，我們最常聽到的粒子是質子、中子和電子。這些粒子構成了原子，它們之間透過引力、電磁力和強核力、弱核力發生相互作用。由於在大自然的一般條件下，這些基本粒子不存在，只有使用粒子加速器在高能相撞的條件下，才能產生和研究它們，因此粒子物理學也被稱為高能物理學。
天體物理是研究宇宙的物理學，包括星體的物理性質(亮度、密度、溫度、化學成分等)，和星體與星體彼此之間的交互作用，而所謂的星體包括了恒星、行星、星系、星雲，以及黑洞等。我們常聽到的大爆炸、暗物質、黑洞、蟲洞，或相對論等，就是這個領域的專有名詞。
在物理專業中，基本的骨幹課程有現代物理學(Modern Physics)、經典力學(Classical Mechanics)、電磁學(Electricity and Magnetism)、熱力學(Thermodynamics)、統計力學(Statistical Mechanics)、量子力學(Quantum Mechanics)、計算物理學(Computational Physics)、相對論(Relativity)、固態物理學(Solid-State Physics)、電子學(Electronics)、核子物理學(Nuclear Physics)、 粒子物理學(Particle Physics)，以及光學(Optics)等。
量子力學是一門描述微觀尺寸下物理現象的學科，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱。甚至可以說，大部分21世紀所發明的高科技技術和科學，如半導體、計算器、積體電路、固態物理、核電廠、光伏科技和粒子物理學等，都是以其為理論基礎。
