凝聚態物理——研究物質宏觀性質，這些物相內包含極大數目的組元，且組元間相互作用極強。最熟悉的凝聚態相是固體和液體，它們由原子間的鍵和電磁力所形成。更多的凝聚態相包括超流和玻色愛因斯坦凝聚態（在十分低溫時，某些原子系統內發現）；某些材料中導電電子呈現的超導相；原子點陣中出現的鐵磁和反鐵磁相。凝聚態物理一直是最大的的研究領域。歷史上，它由固體物理生長出來。1967年由菲立普·安德森最早提出，采用此名。
原子、分子和光學物理——研究原子尺寸或幾個原子結構范圍內，物質物質和光物質的相互作用。這三個領域是密切相關的。因為它們使用類似的方法和有關的能量標度。它們都包括經典和量子的處理方法；從微觀的角度處理問題。原子物理處理原子的殼層，集中在原子和離子的量子控制；冷卻和誘捕；低溫碰撞動力學；準確測量基本常數；電子在結構動力學方面的集體效應。原子物理受核的影晌。但如核分裂、核合成等核內部現象則屬高能物理。分子物理集中在多原子結構以及它們，內外部和物質及光的相互作用，這里的光學物理只研究光的基本特性及光與物質在微觀領域的相互作用。
高能/粒子物理——粒子物理研究物質和能量的基本組元及它們間的相互作用；也可稱為高能物理。因為許多基本粒子在自然界原本并不存在，只在粒子加速器中與其它粒子高能碰撞下才出現。據基本粒子的相互作用標準模型描述，有12種已知物質的基本粒子模型（夸克和輕粒子）。它們通過強、弱和電磁基本力相互作用。標準模型還預言一種希格斯玻色粒子存在。現正尋找中。
天體物理——天體物理和現代天文學是將物理的理論和方法應用于研究星體的結構和演變、太陽系的起源，以及宇宙的相關問題。因為天體物理的范圍寬，它利用了物理的許多原理，包括力學、電磁學、統計力學、熱力學和量子力學。1931年，卡爾發現了天體發出的無線電訊號，開始了無線電天文學。天文學的前沿已被空間探索所擴展。地球大氣的干擾使觀察空間需要用到紅外、超紫外、伽瑪射線和x射線。物理宇宙論研究在宇宙的大范圍內宇宙的形成和演變。愛因斯坦的相對論在現代宇宙理論中起了中心的作用。20世紀早期哈勃從圖中發現了宇宙在膨脹，促進了宇宙的穩定狀態論和大爆炸之間的討論。1964年宇宙微波背景的發現，證明了大爆炸理論可能是正確的。大爆炸模型建立在二個理論框架上：愛因斯坦的廣義相對論和宇宙論原理。宇宙論已建立了acdm宇宙演變模型，它包括宇宙的膨脹、暗能量和暗物質。從費米伽瑪射線望遠鏡的新數據和現有宇宙模型的改進，可期待出現許多可能性和發現。尤其是今后數年內，圍繞暗物質方面可能有許多發現。
著名物理學家費曼說：“科學是一種方法。它教導人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，了解到了什么程度，如何對待疑問和不確定性，證據服從什么法則；如何思考事物，做出判斷，如何區別真偽和表面現象？”著名物理學家愛因斯坦說：“發展獨立思考和獨立判斷的一般能力，應當始終放在首位，而不應當把專業知識放在首位。如果一個人掌握了他的學科的基礎理論，并且學會了獨立思考和工作，他必定會找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細節知識為其培訓內容的人來，他一定會更好地適應進步和變化。
物理學是人們對自然界中物質的運動和轉變的知識做出規律性的總結，這種運動和轉變應有兩種。一是早期人們通過感官視覺的延伸；二是近代人們通過發明創造供觀察測量用的科學儀器，實驗得出的結果，間接認識物質內部組成建立在的基礎上。物理學從研究角度及觀點不同，可大致分為微觀與宏觀兩部分：宏觀物理學不分析微粒群中的單個作用效果而直接考慮整體效果，是最早期就已經出現的；微觀物理學的誕生，起源于宏觀物理學無法很好地解釋黑體輻射、光電效應、原子光譜等新的實驗現象。它是宏觀物理學的一個修正，并隨著實驗技術與理論物理的發展而逐漸完善。
其次，物理又是一種智能。
誠如諾貝爾物理學獎得主、德國科學家玻恩所言：“如其說是因為我發表的工作里包含了一個自然現象的發現，倒不如說是因為那里包含了一個關于自然現象的科學思想方法基礎。”物理學之所以被人們公認為一門重要的科學，不僅僅在于它對客觀世界的規律作出了深刻的揭示，還因為它在發展、成長的過程中，形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因為如此，使得物理學當之無愧地成了人類智能的結晶，文明的瑰寶。
大量事實表明，物理思想與方法不僅對物理學本身有價值，而且對整個自然科學，乃至社會科學的發展都有著重要的貢獻。有人統計過，自20世紀中葉以來，在諾貝爾化學獎、生物及醫學獎，甚至經濟學獎的獲獎者中，有一半以上的人具有物理學的背景——這意味著他們從物理學中汲取了智能，轉而在非物理領域里獲得了成功。反過來，卻從未發現有非物理專業出身的科學家問鼎諾貝爾物理學獎的事例。這就是物理智能的力量。難怪國外有專家十分尖銳地指出：沒有物理修養的民族是愚蠢的民族！
總之，物理學是對自然界概括規律性的總結，是概括經驗科學性的理論認識。
原子是化學反應不可再分的最小微粒。一個正原子包含有一個致密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電，周圍的負電子帶正電。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電，從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時，這個原子就是電中性的；否則，就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同，原子的類型也不同：質子數決定了該原子屬于哪一種元素，而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。[3]原子構成分子而分子組成物質中同種電荷相互排斥，不同種電荷相互吸引。
原子直徑的數量級大約是101m。原子的質量極小，其數量級一般為1027kg，質量主要集中在質子和中子上。原子核外分布著電子，電子躍遷產生光譜，電子決定了一個元素的化學性質，并且對原子的磁性有著很大的影響。所有質子數相同的原子組成元素，每種元素大多有一種不穩定的同位素，可以進行放射性衰變。
關于物質是由離散單元組成且能夠被任意分割的概念流傳了上千年，但這些想法只是基于抽象的、哲學的推理，而非實驗和實驗觀察。隨著時間的推移以及文化及學派的轉變，哲學上原子的性質也有著很大的改變，而這種改變往往還帶有一些精神因素。
盡管如此，對于原子的基本概念在數千年后仍然被化學家們采用，因為它能夠很簡明地闡述一些化學界的現象。
原子論是元素派學說中最簡明、最具科學性的一種理論形態。英國自然科學史家丹皮爾認為，原子論在科學上“要比它以前或以后的任何學說都更接近于現代觀點”。原子論的創始人是古希臘人留基伯（公元前500～約公元前440年），他是德謨克利特的老師。古代學者在論及原子論時，通常是把他們倆人的學說混在一起的。留基伯的學說由他的學生德謨克利特發展和完善，因此德謨克利特被公認為原子論的主要代表。
德謨克利特認為，萬物的本原或根本元素是“原子”和“虛空”。“原子”在希臘文中是“不可分”的意思。德謨克利特用這一概念來指稱構成具體事物的最基本的物質微粒。原子的根本特性是“充滿和堅實”，即原子內部沒有空隙，是堅固的、不可入的，因而是不可分的。德謨克利特認為，原子是永恒的、不生不滅的；原子在數量上是無限的；原子處在不斷的運動狀態中，它的惟一的運動形式是“振動”，原子的體積微小，是眼睛看不見的，即不能為感官所知覺，只能通過理性才能認識。
經過二十幾個世紀的探索，科學家在17世紀18世紀通過實驗，證實了原子的真實存在。19世紀初英國化學家j.道爾頓在進一步總結前人經驗的基礎上，提出了具有近代意義的原子學說。這種原子學說的提出開創了化學的新時代，他解釋了很多物理、化學現象。
原子是一種元素能保持其化學性質的最小單位。一個原子包含有一個致密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。原子是化學變化的最小粒子，分子是由原子組成的，許多物質是由原子直接構成的。
原子的英文名是從希臘語轉化而來，原意為不可切分的。很早以前，希臘和印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。17和18世紀時，化學家發現了物理學的根據：對于某些物質，不能通過化學手段將其繼續的分解。19世紀晚期和20世紀早期，物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構，由此證明原子并不是不能進一步切分。量子力學原理能夠為原子提供很好的模
932年，約里奧·居里夫婦發現，這種射線能從石蠟中打出質子；同年，盧瑟福的學生詹姆斯·查得威克（james
插dwick）認定這就是中子[8]，而同位素則被重新定義為有著相同質子數與不同中子數的元素。
1950年，隨著粒子加速器及粒子探測器的發展，科學家們可以研究高能粒子間的碰撞。他們發現中子和質子是強子的一種，由更小的夸克微粒構成。核物理的標準模型也隨之發展，能夠成功的在亞原子水平解釋整個原子核以及亞原子粒子之間的相互作用。
1985年，朱棣文及其同事在貝爾實驗室開發了一種新技術，能夠使用激光來冷卻原子。威廉·丹尼爾·菲利普斯團隊設法將納原子置于一個磁阱中。這兩個技術加上由克洛德·科昂唐努德日團隊基于多普勒效應開發的一種方法，可以將少量的原子冷卻至微開爾文的溫度范圍，這樣就可以對原子進行很高精度的研究，為玻色愛因斯坦凝聚的發現奠定了基礎[11]。
歷史上，因為單個原子過于微小，被認為不能夠進行科學研究。2012年，科學家已經成功使用一單個金屬原子與一個有機配體連接形成一個單電子晶體管。在一些實驗中，通過激光冷卻的方法將原子減速并捕獲，這些實驗能夠帶來對于物質更好的理解。
薛定諤（erwin
sger）使用路易斯·德布羅意（llie）于1924年提出的波粒二象性的假說，建立了一個原子的數學模型，用來將電子描述為一個三維波形。但是在數學上不能夠同時得到位置和動量的精確值。沃納·海森堡（werner
heisenberg）提出了著名的測不準原理。這個概念描述的是，對于測量的某個位置，只能得到一個不確定的動量范圍，反之亦然。盡管這個模型很難想像，但它能夠解釋一些以前觀測到卻不能解釋的原子的性質，例如比氫更大的原子的譜線。因此，人們不再使用玻爾的原子模型，而是將原子軌道視為電子高概率出現的區域（電子云）。