Теоретска физика је грана физике која користи математичке моделе и апстракције физичких предмета и система за рационализацију, објашњење и предвиђање природних појава. Ово је за разлику од експерименталне физике, која користи експерименталне алате за испитивање ових појава.
Напредак науке углавном зависи од интеракције експерименталних студија и теорије. У неким случајевима, теоријска физика се придржава стандарда математичке строгости, док експериментима и посматрањима даје малу тежину. На пример, док је развијао посебну релативност, Алберт Ајнштајн био је забринут за Лорентз-ову трансформацију која је Маквеллове једначине оставила непроменљивим, али је очигледно био незаинтересован за Мицхелсон-Морлеи-јев експеримент о Земљином заносу кроз луминиферни етар. Нобелова награда за објашњење фотоелектричног ефекта, претходно експериментални резултат којем је недостајала теоријска формулација.