ฟิสิกส์ทฤษฎี คือ สาขาวิชาฟิสิกส์แขนงหนึ่งที่นำแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ความคิดเชิงนามธรรมของวัตถุเชิงกายภาพและระบบต่าง ๆ ให้อยู่ในหลักการเหตุผล อธิบายและทำนายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ซึ่งแตกต่างจากฟิสิกส์ทดลองจากการใช้อุปกรณ์การทดลองที่จะตรวจหาปรากฏการณ์เหล่านี้
ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์มักจะมาจากอิทธิพลระหว่างการเรียนรู้จากการทดลองและทฤษฎีโดยปกติ แต่ฟิสิกส์ทฤษฎียึดติดกับความเคร่งครัดทางคณิตศาสตร์ ซึ่งได้ให้ความสำคัญกับการทดลองและการสังเกตค่อนข้างน้อยในบางกรณี อาทิ ในขณะที่พัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้พิจารณาถึงการแปลงลอเรนซ์ซึ่งทำให้สมการของแมกซ์เวลล์ไม่เปลี่ยนแปลง แต่ไม่ได้สนใจถึงการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ที่ทำเกี่ยวกับอีเธอร์ที่มีผลเคลื่อนของโลก ในทางกลับกัน ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสำหรับการอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกซึ่งไม่มีการอ้างอิงในเชิงทฤษฎีใด ๆ ทั้งสิ้น
ทฤษฎีทางฟิสิกส์คือแบบจำลองของเหตุการณ์ทางฟิสิกส์ ซึ่งได้ใช้ขอบเขตทำนายด้วยการสังเกตเชิงประจักษ์ ทฤษฎีทางฟิสิกส์สามารถถูกตัดสินได้ด้วยความสามารถทำนายที่ยืนยันได้ด้วยการสังเกตใหม่ ๆ ทฤษฎีทางฟิสิกส์ต่างจากทฤษฎีบททางคณิตศาสตร์ซึ่งอ้างอิงจากสัจพจน์ทั้งคู่ด้วยการตัดสินของการประยุกต์ใช้ได้ในทางคณิตศาสตร์ที่ไม่ได้อ้างอิงผลจากการทดลองใด ๆ และต่างจากทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ด้วยเจตนาของคำว่า "ทฤษฎี" นั้นแตกต่างกันในความหมายทางคณิตศาสตร์
ทฤษฎีทางฟิสิกส์ได้นำความสัมพันธ์หนึ่ง ๆ ระหว่างปริมาณการวัดที่แตกต่างกัน อาร์คิมิดีสได้คิดไว้ว่าเรือลอยได้ด้วยการแทนที่มวลของน้ำ พีทาโกรัสเข้าใจในความสัมพันธ์ระหว่างความยาวของสายสั่นและโทนของดนตรีที่ผลิตออกมา ในตัวอย่างอื่น ๆ อย่างเอนโทรปีวัดของความไม่แน่นอนของตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มองไม่เห็นและความคิดในเชิงกลศาสตร์ควอนตัมอันกล่าวถึง (แอคชันและ) พลังงานไม่ใช่ตัวแปรที่ต่อเนื่อง
ฟิสิกส์ทฤษฎีประกอบด้วยวิธีการที่ต่างกันในการเข้าสู่ทฤษฎีหนึ่ง ๆ ในบริบทนี้ ฟิสิกส์อนุภาคเชิงทฤษฎีถือเป็นตัวอย่างที่ดีสำหรับเรื่องนี้
