اگرچه فيزيك با طيف گسترده اي از سيستم ها سروكار دارد ، اما نظريه هاي خاصي توسط همه فيزيكدانان استفاده مي شود. هر يك از اين نظريه ها بارها مورد آزمايش قرار گرفتند و مشخص شد كه تقريب كافي از طبيعت است. به عنوان مثال ، تئوري مكانيك كلاسيك به طور دقيق حركت اجسام را توصيف مي كند ، به شرطي كه آنها بسيار بزرگتر از اتم ها باشند و با سرعت بسيار كمتري از سرعت نور حركت كنند. اين نظريه ها امروزه همچنان حوزه تحقيق فعال هستند. نظريه هرج و مرج ، جنبه قابل توجهي از مكانيك كلاسيك در قرن بيستم ، سه قرن پس از فرمول بندي اصلي مكانيك كلاسيك توسط نيوتن (1642-1727) كشف شد.
اين نظريه هاي اصلي ابزار مهمي براي تحقيق در موضوعات تخصصي تر هستند و انتظار مي رود كه هر فيزيكدان فارغ از تخصص ، در آنها سواد داشته باشد. اينها شامل مكانيك كلاسيك ، مكانيك كوانتوم ، ترموديناميك و مكانيك آماري ، الكترومغناطيس و نسبيت خاص است.
فيزيك كلاسيكفيزيك كلاسيك شامل شاخه ها و موضوعات سنتي است كه قبل از آغاز قرن بيستم شناخته و توسعه يافته بودند - مكانيك كلاسيك ، آكوستيك ، اپتيك ، ترموديناميك و الكترومغناطيس. مكانيك كلاسيك مربوط به اجسامي است كه توسط نيروها و اجسام در حال حركت بر روي آنها اعمال مي شود و ممكن است به استاتيك (مطالعه نيروهاي روي يك بدن يا اجسامي كه تحت شتاب نيستند) ، سينماتيك (مطالعه حركت بدون توجه به علل آن) و پويايي (مطالعه حركت و نيروهاي م itثر بر آن) ؛ مكانيك همچنين ممكن است به مكانيك جامد و مكانيك سيالات تقسيم شود (كه به عنوان مكانيك پيوستار شناخته مي شوند) ، شاخه هاي دوم شامل شاخه هايي مانند هيدرواستاتيك ، هيدروديناميك ، آيروديناميك و پنوماتيك است. آكوستيك مطالعه نحوه توليد ، كنترل ، انتقال و دريافت صدا است. [44] شاخه هاي مهم آكوستيك مدرن شامل سونوگرافي ، مطالعه امواج صوتي با فركانس بسيار بالا فراتر از محدوده شنوايي انسان است. آكوستيك زيستي ، فيزيك تماس و شنيدن حيوانات ، [45] و الكتروآكوستيك ، دستكاري امواج صوتي قابل شنيدن با استفاده از الكترونيك. [46]
اپتيك ، مطالعه نور ، نه تنها به نور مرئي بلكه با اشعه مادون قرمز و اشعه ماورا بنفش مربوط مي شود ، كه همه پديده هاي نور مرئي را به جز ديد ، مانند بازتاب ، شكست ، تداخل ، پراش ، پراكندگي و قطبش نور را نشان مي دهد. . گرما نوعي انرژي است ، انرژي دروني كه ذرات آن ماده تشكيل مي دهد. ترموديناميك با روابط بين گرما و ساير اشكال انرژي سروكار دارد. از زمان كشف ارتباط صميمانه بين آنها در اوايل قرن نوزدهم ، الكتريسيته و مغناطيس مورد مطالعه قرار گرفته است. يك جريان الكتريكي باعث ايجاد يك ميدان مغناطيسي مي شود و يك ميدان مغناطيسي متغير باعث القاي جريان الكتريكي مي شود. الكترواستاتيك با بارهاي الكتريكي در حالت استراحت ، الكتروديناميك با بارهاي متحرك و مغناطيسي با قطب هاي مغناطيسي در حالت استراحت سروكار دارد.فيزيك كلاسيك عموماً در مقياس طبيعي مشاهده به ماده و انرژي مربوط مي شود ، در حالي كه بيشتر فيزيك مدرن مربوط به رفتار ماده و انرژي در شرايط شديد يا در مقياس بسيار بزرگ يا بسيار كوچك است. به عنوان مثال ، فيزيك اتمي و هسته اي در كوچكترين مقياسي كه مي توان عناصر شيميايي را در آن شناسايي كرد ، مطالعه مي كند. فيزيك ذرات بنيادي در مقياس كوچكتر است زيرا مربوط به اساسي ترين واحدهاي ماده است. اين شاخه از فيزيك به دليل داشتن انرژي بسيار زياد لازم براي توليد انواع مختلف ذرات در شتاب دهنده هاي ذرات ، به عنوان فيزيك پرانرژي نيز شناخته مي شود. در اين مقياس ، تصورات عادي و متعارف از فضا ، زمان ، ماده و انرژي ديگر معتبر نيستند. [47]
دو نظريه اصلي فيزيك مدرن تصويري متفاوت از مفاهيم فضا ، زمان و ماده با آنچه در فيزيك كلاسيك ارائه شده ارائه مي دهند. مكانيك كلاسيك طبيعت را به صورت پيوسته تقريب مي زند ، در حالي كه نظريه كوانتوم مربوط به ماهيت گسسته بسياري از پديده ها در سطح اتمي و زير اتمي و جنبه هاي مكمل ذرات و امواج در توصيف چنين پديده هايي است. نظريه نسبيت مربوط به توصيف پديده هايي است كه در چارچوب مرجعي اتفاق مي افتد كه نسبت به يك ناظر در حركت است. نظريه خاص نسبيت مربوط به حركت در غياب ميدان هاي گرانشي و نظريه عمومي نسبيت با حركت و ارتباط آن با گرانش است. نظريه كوانتوم و نظريه نسبيت در همه زمينه هاي فيزيك مدرن كاربردهايي دارند.به بيان ساده تر ، قوانين فيزيك كلاسيك با دقت سيستمهايي را توصيف مي كند كه مقياسهاي طول مهم آنها از مقياس اتمي بيشتر است و حركت آنها بسيار كندتر از سرعت نور است.