ฟิสิกส์ทฤษฎี คือ สาขาวิชาฟิสิกส์แขนงหนึ่งที่นำแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ความคิดเชิงนามธรรมของวัตถุเชิงกายภาพและระบบต่าง ๆ ให้อยู่ในหลักการเหตุผล อธิบายและทำนายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ซึ่งแตกต่างจากฟิสิกส์ทดลองจากการใช้อุปกรณ์การทดลองที่จะตรวจหาปรากฏการณ์เหล่านี้ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์มักจะมาจากอิทธิพลระหว่างการเรียนรู้จากการทดลองและทฤษฎีโดยปกติ แต่ฟิสิกส์ทฤษฎียึดติดกับความเคร่งครัดทางคณิตศาสตร์ ซึ่งได้ให้ความสำคัญกับการทดลองและการสังเกตค่อนข้างน้อยในบางกรณี อาทิ ในขณะที่พัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้พิจารณาถึงการแปลงลอเรนซ์ซึ่งทำให้สมการของแมกซ์เวลล์ไม่เปลี่ยนแปลง แต่ไม่ได้สนใจถึงการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ที่ทำเกี่ยวกับอีเธอร์ที่มีผลต่อการเคลื่อนของโลก ในทางกลับกัน ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสำหรับการอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกซึ่งไม่มีการอ้างอิงในเชิงทฤษฎีใด ๆ ทั้งสิ้น