理论物理学是物理学的分支学科，通过数学模型揭示物理现象的普遍规律，其理论需经实验验证。核心理论包括分析力学、统计力学、经典电动力学、相对论和量子力学，合称“五大力学”。该学科以数学为基础，研究方向涵盖粒子物理理论、引力与宇宙学、量子场论及统计物理等，涉及暗物质、暗能量等未解问题。

理论物理学是物理学的分支学科，从各类物理现象的普遍规律出发，运用数学理论和方法，系统深入的阐述有关概念、现象及其应用。

如狭义相对论、爱因斯坦的时空观之类的都属于理论物理学。例如，霍金就是一名20世纪后叶至21世纪初的理论物理学大师。

理论物理学的常用方法是理想实验，就是在脑子里做实验。爱因斯坦就有一些理想实验（思想实验）。

理论物理学通过为现实世界建立数学模型来试图理解所有物理现象的运行机制。通过“物理理论”来条理化、解释、预言物理现象。丰富的想像力、数学造诣、严谨的治学态度，这些都是成为理论物理学家需要培养的优良素质。例如，在十九世纪中期，物理大师詹姆斯·麦克斯韦觉得电磁学的理论杂乱无章、急需整合。尤其是其中许多理论都涉及超距作用（action at a distance）的概念。麦克斯韦对于这概念极为反对，他主张用场论来解释。例如，磁铁会在四周产生磁场，而磁场会施加磁场力于铁粉，使得这些铁粉依著磁场力的方向排列，形成一条条的磁场线；磁铁并不是直接施加力量于铁粉，而是经过磁场施加力量于铁粉；麦克斯韦尝试朝着这方向开辟一条思路。他想出的“分子涡流模型”，借用流体力学的一些数学框架，能够解释所有那时已知的电磁现象。更进一步，这模型还展示出一个崭新的概念——电位移。由于这概念，他推理电磁场能够以波动形式传播于空间，他又计算出其波速恰巧等于光速。因此，麦克斯韦断定光波就是一种电磁波。

在中国，大学本科物理专业的主流课程设置，通常会有五个理论物理学科，分别为：分析力学、统计力学、电动力学（严格地说，应该叫做“经典电动力学”）、相对论、量子力学。俗称“五大力学”。