伽利略創立了近代物理的實驗方法論，為後世物理學家開創了道路。從此物理學開始了蓬勃的發展，近代和現代的技術發明和人類進步，大多最初源自物理學上的發現。沒有物理學就沒有計算機、相機、汽車等等現代生活中必不可少的工具。現代的技術發明，往往是在物理實驗室研究到一定程度之後，進入工業界的研究室，再推廣到市場。
能級是物理學中的重要概念，標識物理過程中涉及的能量等級。當代的物理最大的兩個分支是凝聚態物理(condensed matter)和高能物理(high energy)，分別是在原子的能級和原子核內部粒子的能級。
經過20世紀的發展，對單一原子的理解已經相當深入，但是當大量原子形成一定結構(如晶體(crystal))時，電子在其中的行為與在單一原子中有極大的不同。這就是凝聚態物理研究的主要物件：多體效應(many-body effect)。超導(superconductivity)、超固體(super solid)、波色-愛因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation)、量子計算機(quantum computer)、碳奈米管(carbon nanotube)和單層碳結構(graphene)、光學晶體(optical lattice)等等，都是凝聚態物理研究的'最前沿。由於多體問題的數學複雜性，實驗現象往往很難得到理論解釋。許多理論都通過簡化實際情形來抓住物理過程的主要本質，從而簡化數學上的困難。也有一些從最基本的公式出發來推導，試圖去擬合實驗現象。
原子核內部的運動的能量比原子和電子運動的能量要高很多，因此物理學的這個分支叫做高能物理。標準模型(standard model)比較好的描述了組成原子的粒子的物理性質，但是仍然有很多實驗和理論問題是它不能描述的，如中微子(neutrino)的轉化和質量，西格斯粒子(Higgs boson)的模型等等。要進行如此高能量的實驗，主要藉助遇加速器(accelerator)，將粒子加速到非常高能量後轟擊要研究的標靶(target)。高能物理往往同時存在有數種乃至數十種不同的理論，然而由於實驗資料的匱乏，這些理論都暫時無法驗證。實驗能夠達到的能級是高能物理的最大瓶頸。
物理學的研究提供了許多有用的工具來為其他學科服務。生物物理(biophysics)就是利用物理的工具來研究生物過程，比如用光學扭矩(optical tweezers) 來研究DNA的分解和力矩。
光學也是物理學中的一個重要分支，特別是在量子光學(quantum optics)的概念被提出後，這一領域得到了極大的發展。光有著波粒二像性，是一種量子波。一般認為光線是直的，乃是忽略了波的性質，因而光顯得由粒子組成。在一定條件下，光的量子性會在物理系統中起到主要作用，不能被近似忽略掉。因而我們必須研究量子光學來描述這些體系。光學跟工業界有著非常的密切聯絡，很多成果走出實驗室就上流水線了。
物理是人類認識自然中走得最前的一個學科，它的分支、研究範圍和方法都是一直變化，隨時都可能出現或大或小的新前沿和交叉學科。進行物理的研究生學習，最重要的是習得物理的研究方法。許多其他的科學界、工業界、金融界的問題，都可以用物理的方法去研究，因而物理的畢業生未來就業的方向是很廣的。
