La physique théorique est une branche de la physique qui emploie des modèles mathématiques et des abstractions d'objets physiques et des systèmes pour rationaliser, expliquer et prédire les phénomènes naturels. Ceci est en contraste à la physique expérimentale, qui utilise des outils expérimentaux pour sonder ces phénomènes.
L'avancement de la science dépend généralement de l'interaction entre les études expérimentales et la théorie. Dans certains cas, la physique théorique conforme aux normes de rigueur mathématique tout en donnant peu de poids à des expériences et des observations. Par exemple, tout en développant la Relativité Restreinte, Albert Einstein était préoccupé par la transformation de Lorentz qui a laissé les équations de Maxwell invariant, mais était apparemment indifférent à l'expérience de Michelson-Morley sur la dérive de la Terre par un éther luminiferous. [Citation nécessaire] A l'inverse, Einstein a reçu le Prix Nobel pour expliquer l'effet photoélectrique, auparavant un résultat expérimental manque une formulation théorique.