雖然物理學的研究範圍十分廣泛，但有些理論仍常被物理學者使用到，這些理論都已經過做實驗多次檢驗，被證實為大自然的正確近似（可以適用於某設定值域內）。例如，經典力學的理論能夠準確地描述物體的運動，前提是物體必須滿足尺寸遠大於原子、速度超小於光速這兩個條件。經過多年的研究后，這些核心理論仍舊是很熱門的研究領域。例如，二十世紀後半期，即在艾薩克·牛頓原本表述經典力學整整三個世紀之後，學者發現與創建了混沌理論，一門非線性系統相關經典力學理論。這些核心理論大致包括於經典力學、量子力學、原子物理學、分子物理學、熱力學、統計力學、電磁學、光子學、相對論、宇宙學及天文學等等基礎物理學領域，是進階研究的重要工具。任何物理學者，不論專長領域為何，通常都需要熟讀精通這些理論。

基礎領域

重要主題

重要概念

經典力學

牛頓運動定律、拉格朗日力學、哈密頓力學、運動學、靜力學、動力學、聲學、流體力學、連續介質力學、混沌理論

時間、空間、轉動、位移、速度、加速度、質量、力、力矩、動量、角動量、能量、功、功率、振動、波、振動學

電磁學及光子學

電學、磁學、電動力學、光學

電荷、電流、電導、電阻、電場、磁場、磁通、電磁場、電磁感應、電磁輻射、電磁波

熱力學和統計力學

熱機、分子運動論

溫度、熱量、内能、自由能、熵、壓力、配分函數、熱力學平衡、態函數、漲落、相、相變

相對論

狹義相對論、廣義相對論、愛因斯坦場方程

時空、引力場、引力波、四維動量、勞侖兹變換、相對性原理、等效原理、協變性

量子力學、原子及分子物理學

舊量子論、矩陣力學、波動力學、量子場論、相對論量子力學

波函數、哈密頓量、全同粒子、自旋、波粒二象性、不確定原理、零點能、量子、量子化、能級