理論物理是在實驗現象的基礎上，以理論的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子、等離子體和凝聚態物質運動的基本規律，解決學科本身和高科技探索中提出的基本理論問題。研究範圍包括粒子物理理論、原子核理論、凝聚態理論、統計物理學、光子學理論、原子分子理論、等離子體理論、量子場論與量子力學、引力理論、數學物理、理論生物物理、非線性物理、計算物理等。
理論物理學通過爲自然界建立數學模型，來試圖理解所有物理現象的運行機制，通過物理理論條理化、解釋、預言物理現象。理論物理學，簡要地說，就是建立在一系列定律之上的數學理論體系，是否正確依賴於其理論體系所得出的結論（推斷）能否被實驗驗證。
因此，理論物理學的本質依託是實驗。
