Τα πειράματα φυσικής χρησιμοποιούνται για την παρατήρηση φυσικών φαινομένων σε ελεγχόμενες καταστάσεις, προκειμένου να διακρίνουν πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία του σύμπαντος. Μερικά πειράματα φυσικής έχουν διεξαχθεί πολλές φορές και χρησιμοποιούνται για εκπαιδευτικούς σκοπούς, ενώ μερικά διεξάγονται για πρώτη φορά και επιδιώκουν να ανακαλύψουν περισσότερες πληροφορίες για τη φύση του σύμπαντος. Μεγάλο μέρος της σύγχρονης φυσικής ασχολείται μόνο με μη επαληθεύσιμες μαθηματικές εξισώσεις, αλλά το πεδίο της πειραματικής φυσικής είναι αναπόσπαστο μέρος του ευρύτερου πεδίου της φυσικής.
Οι μαθητές φυσικής από το πρώτο γυμνάσιο σε όλα τα στάδια της εκπαίδευσής τους διεξάγουν τακτικά πειράματα φυσικής. Στο γυμνάσιο, τα πειράματα συνήθως χρησιμεύουν για να επιδείξουν και να αποδείξουν απλές φυσικές αρχές στους μαθητές. Γενικά ασχολούνται με γενικά θέματα όπως η βαρύτητα ή η περιστροφική κίνηση. Άλλα θέματα που αντιμετωπίζονται συνήθως είναι ο ηλεκτρισμός και η ρευστή κίνηση.
Στο κολέγιο, τα περισσότερα μαθήματα φυσικής στην τάξη συνδυάζονται με εργαστήρια φυσικής. Σε τέτοια εργαστηριακά μαθήματα, οι μαθητές διεξάγουν ένα ευρύ φάσμα πειραμάτων φυσικής που αντιστοιχούν στα θέματα που μαθαίνονται στην τάξη. Σε γενικές γραμμές, αυτά τα θέματα είναι πιο προχωρημένα από αυτά που διδάσκονται στα μαθήματα του γυμνασίου. Τα πειράματα είναι αντίστοιχα πιο αυστηρά και πιο προηγμένα. Καλύπτουν θέματα παρόμοια με αυτά που διδάσκονται στο γυμνάσιο, αλλά έχουν πολύ μεγαλύτερο βάθος.
Οι φυσικοί θεωρητικοποιούν και εργάζονται για να φτιάξουν ένα μαθηματικό μοντέλο του σύμπαντος εδώ και πολύ καιρό. Οι προτεινόμενες μαθηματικές εξηγήσεις για τα φυσικά φαινόμενα τείνουν να είναι δεκαετίες μπροστά από τις ικανότητες των επιστημόνων να τα επαληθεύσουν πειραματικά. Για παράδειγμα, ο Αϊνστάιν ανέπτυξε τις θεωρίες του για την ειδική και τη γενική σχετικότητα το 1906 και το 1916, αντίστοιχα. Ενώ μέρη αυτών των θεωριών έχουν επαληθευτεί πειραματικά, εξακολουθούν να υπάρχουν πτυχές τους που υπάρχουν μόνο με τη μορφή μαθηματικών εξισώσεων.
Η διεξαγωγή αποτελεσματικών πειραμάτων φυσικής καθίσταται ολοένα και πιο δαπανηρή καθώς τα θέματα μελέτης τείνουν να είναι είτε απίστευτα μικρά είτε απίστευτα ογκώδη. Για παράδειγμα, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων κατασκευάστηκε για να αποδείξει την ύπαρξη του σωματιδίου Higgs-Boson με σύγκρουση άλλων απίστευτα μικρών σωματιδίων και εξετάζοντας τα αποτελέσματα της σύγκρουσης. Το κόστος του επιταχυντή, πριν καν σκεφτεί κανείς την τεράστια ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία του, είναι σε δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ.
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, παρά το κόστος του, είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του τι ακριβώς είναι ένα πείραμα φυσικής. Σκοπός του είναι να συγκρούσει σωματίδια και να παρατηρήσει τι προκύπτει από τη σύγκρουση. Το κάνει κάτω από πολύ ελεγχόμενες συνθήκες – ολόκληρη η συσκευή διατηρείται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και τα σωματίδια επιταχύνονται σε πολύ συγκεκριμένες ταχύτητες. Όπως και σε άλλα επιστημονικά πειράματα, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων επιτρέπει στους επιστήμονες να παρατηρήσουν ένα φυσικό φαινόμενο υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Μπορούν να βγάλουν τα δικά τους συμπεράσματα από αυτά που παρατηρούν.