Οι ανακαλύψεις που γίνονται στην επιστήμη γίνονται μέσω της διαδικασίας του πειραματισμού. Η φυσική, που είναι η μελέτη της ενέργειας και της ύλης, δεν διαφέρει. Η γνώση που προάγει την επιστήμη της φυσικής αποκτάται ακολουθώντας την επιστημονική μέθοδο, η οποία περιλαμβάνει την εκτέλεση πειραμάτων για την απόδειξη μιας υπόθεσης. Τις περισσότερες φορές αυτά τα πειράματα εκτελούνται σε ένα εργαστήριο φυσικής, που συνήθως ονομάζεται εργαστήριο φυσικής. Τα εργαστήρια φυσικής χρησιμοποιούνται επίσης από μαθητές που μαθαίνουν για την επιστήμη μέσω επίδειξης σε ένα εργαστήριο φυσικής.
Η φυσική ασχολείται κυρίως με το πώς η κίνηση, το φως, η θερμότητα και η δύναμη αλληλεπιδρούν με την ενέργεια και την ύλη, έτσι ένα εργαστήριο φυσικής έχει μια ποικιλία οργάνων που χρησιμοποιούνται για τη διεξαγωγή αυτού του είδους πειραμάτων. Συνήθως είναι εξοπλισμένα με αντικείμενα για το βάρος και το μέτρο, όπως γυάλινα ποτήρια, δοκιμαστικούς σωλήνες και ζυγαριές. Εκτός από αντικείμενα βάρους και μετρήσεων, υπάρχουν πολλά άλλα αντικείμενα που χρησιμοποιούνται, όπως λαμπτήρες θερμότητας, φακοί, μαγνήτες, κεκλιμένα επίπεδα, μπάλες, εκκρεμή και κάθε είδους αντικείμενο που χρειάζεται ένας επιστήμονας για να εκτελέσει το πείραμά του.
Οι κλάδοι εντός της ευρείας ομπρέλας της φυσικής είναι η οπτική, ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός, η μηχανική, η ακουστική, η πυρηνική και η σύγχρονη φυσική και η θερμοδυναμική. Μέσα σε αυτούς τους κλάδους υπάρχουν περισσότεροι από 20 επιμέρους κλάδοι, όπως η αστροφυσική, η βιοφυσική, η γεωφυσική και η πυρηνική φυσική. Λόγω αυτού του ευρέος φάσματος, ένα εργαστήριο φυσικής μπορεί επίσης να διαθέτει πιο εξελιγμένο εξοπλισμό, όπως φασματοσκόπια, ηλεκτρομαγνήτες, τηλεσκόπια και μικροσκόπια.
Ο σχεδιασμός και η λειτουργία ενός εργαστηρίου φυσικής έχει αλλάξει όλα αυτά τα χρόνια. Με την εφεύρεση των υπολογιστών και του εξαιρετικά εξελιγμένου λογισμικού υπολογιστών, τα σύγχρονα εργαστήρια φυσικής επιτρέπουν στους επιστήμονες να εκτελούν περίπλοκες προσομοιώσεις υπολογιστή ως μέρος εργαστηριακών πειραμάτων. Οι προσομοιώσεις υπολογιστή δίνουν σε έναν επιστήμονα τα εργαλεία για την προσομοίωση πραγματικών γεγονότων, σε αντίθεση με ένα παραδοσιακό εργαστηριακό πείραμα που θα προσομοιώνει μόνο έννοιες που χρειάζονται εφαρμογή στον πραγματικό κόσμο για να έχουν νόημα. Οι προσομοιώσεις εκτελούνται δημιουργώντας ακριβή μαθηματικά μοντέλα γεγονότων που μπορούν να μελετηθούν.
Η χρήση προσομοιώσεων υπολογιστή έχει δημιουργήσει μια διχογνωμία στον τομέα της φυσικής. Όσοι χρησιμοποιούν τις προσομοιώσεις για να αποδείξουν τις υποθέσεις τους ονομάζονται θεωρητικοί φυσικοί, ενώ όσοι επιλέγουν να πραγματοποιήσουν πειράματα κλασικής φυσικής σε εργαστήριο φυσικής ονομάζονται πειραματιστές φυσικοί. Μέχρι τον 21ο αιώνα, οι πειραματιστές φυσικοί είχαν τη μεγαλύτερη επιτυχία, αλλά καθώς η τεχνολογία αναπτύσσεται, τα μοντέλα υπολογιστών και οι προσομοιώσεις έγιναν πιο ακριβή, βοηθώντας τους θεωρητικούς φυσικούς να έχουν μεγαλύτερη επιτυχία. Παρόλο που υπάρχουν δύο σχολές σκέψης, είναι και οι δύο σημαντικές για την πρόοδο της φυσικής, γιατί πολλές φορές ένας πειραματιστής θα βρει ανεξήγητα φαινόμενα που μπορούν να εξηγηθούν με τη συνεργασία με έναν θεωρητικό.