Fizica teoretică este o ramură a domeniului fizicii care este dedicată venirii cu explicații matematice pentru evenimentele naturale. Multe discipline din fizică intră sub umbrela fizicii teoretice, deoarece implică proiectarea de formule care ar putea să nu poată fi testate empiric. Cercetătorii din acest domeniu se gândesc la unele probleme și întrebări foarte complexe, cum ar fi modul în care s-a dezvoltat universul.
Fizica este o ramură intrigantă a științelor, deoarece implică adesea dezvoltarea unor teorii care nu pot fi testate cu un model experimental, încălcând unul dintre preceptele fundamentale ale științei empirice. Cercetătorii științifici doresc de obicei să dezvolte o teorie, să conceapă un experiment care va testa acea teorie, să efectueze experimentul și să publice rezultatele. În fizica teoretică, cercetătorii dezvoltă teorii, dar nu sunt în măsură să le testeze. Aceasta separă fizica teoretică de fizica experimentală, în care cercetătorii proiectează și efectuează experimente pentru a-și explora teoriile.
Deoarece fizica teoretică nu poate fi susținută prin utilizarea experimentelor, cercetătorii se bazează pe alte instrumente pentru a determina dacă teoriile lor sunt sau nu corecte. Teoria ar trebui să fie capabilă să prezică sau să explice cu acuratețe fenomenele fizice, de exemplu, și ar trebui să fie susținută de observații cunoscute. În mod ideal, teoria ar trebui să fie, de asemenea, curată și îngrijită, cu unele fizice teoretice subscrise la ideea Razorului lui Occam, crezând că cea mai simplă explicație este cea mai bună. De asemenea, teoriile ar trebui să reziste la discuții și dezbateri viguroase, fizicienii teoreticieni schimbând constant idei și critici pentru a-și îmbunătăți domeniul științelor.
Unele teorii din acest domeniu au fost acceptate pe scară largă și sunt predate în mod obișnuit în sălile de clasă, utilizate în cercetarea în fizică și aplicate în industrii din întreaga lume. Cercetările în curs privind aceste teorii continuă, deoarece oamenii de știință doresc să exploreze pe deplin toate aspectele fizicii teoretice. Alte teorii au fost propuse și par plauzibile, dar nu au fost pe deplin susținute sau necesită mai multe cercetări, iar cele mai noi teorii sunt considerate „teorii marginale” care necesită mult mai multă explorare, discuții și observații.
Sir Isaac Newton este considerat pe scară largă ca un pionier în domeniul fizicii teoretice, la fel ca și Albert Einstein. Ambii fizicieni s-au remarcat prin salturi logice care uneori sfidau informațiile sau observațiile cunoscute și necesitau o viziune foarte teoretică asupra lumii. Lucrarea lui Newton a implicat chiar o extindere substanțială a limbajului matematic al calculului, astfel încât să-și poată exprima teoriile. Fizicienii teoreticieni se angajează, de asemenea, în experimente de gândire, în care își explorează ideile în mintea lor, fără a folosi un laborator.