Fizyk kwantowy bada prawa fizyczne rządzące obiektami atomowymi i subatomowymi. Fizycy ci przeprowadzili szereg przełomowych eksperymentów, które zrewolucjonizowały nasze rozumienie zachowania i natury samej materii. Podczas gdy badania i eksperymenty są podstawą pracy fizyka kwantowego, stanowisko to często wiąże się z powiązaniem z uczelnią lub uniwersytetem, a powiązanie to może wymagać od fizyka również prowadzenia zajęć. Ponadto fizyk kwantowy często musi angażować się w pozyskiwanie grantów i brać udział w procesie wydawniczym, w tym w pisaniu artykułów i recenzowaniu badań innych fizyków.
Mechanika kwantowa obejmuje ruch i zachowanie cząstek subatomowych i innych obiektów. Stała się ugruntowaną dziedziną badań naukowych w XX wieku wraz z odkryciem, że cząstki elementarne nie zachowują się zgodnie z prawami Newtona, które opisują zachowanie większych obiektów. Obiekty atomowe i subatomowe zachowują się w wysoce nieprzewidywalny, probabilistyczny sposób. To zachowanie jest w wyraźnym kontraście z zachowaniem dużych obiektów, takich jak pojazdy czy nawet planety. Fizyk kwantowy bada prawdopodobieństwa opisujące zachowanie subatomowe.
Eksperymentowanie w mechanice kwantowej, która zajmuje znaczną część czasu fizyka kwantowego, może być niezwykle trudne. Na przykład ograniczenie koloru to zjawisko, które występuje na poziomie subatomowym. Hadrony składają się z kwarków, podstawowej jednostki materii, a każdy kwark uzyskuje określony „kolor”, który oznacza jego ładunek w polu, gdy jest obserwowany. Jeden z najwcześniejszych eksperymentów w mechanice kwantowej ujawnił, że kwark i jego partner w hadronie przybierają ten sam „kolor”, niezależnie od odległości od siebie cząstek. To komplikuje każdą próbę bezpośredniej obserwacji takich cząstek.
Dla fizyków kwantowych wiele badań i studiów obejmuje hipotezy wywodzące się z ram logicznych, matematycznych lub referencyjnych. Podobnie jak w przypadku eksperymentów fizycznych, większość badań teoretycznych jest wykonywana przez zespoły fizyków i matematyków. Fizyk kwantowy rzadko pracuje samodzielnie.
Fizycy kwantowi regularnie publikują w czasopismach naukowych poświęconych ich konkretnej dziedzinie. Wiele uniwersytetów zatrudnia dobrze znanych fizyków do prowadzenia badań w ramach programu uniwersyteckiego i instruowania studentów na studiach licencjackich lub magisterskich. Struktura uczelni może również wymagać od fizyka ubiegania się i zarabiania pieniędzy na granty badawcze z agencji rządowej lub z fundacji prywatnej oraz dalszego publikowania w dziedzinie fizyki kwantowej.